본 논문에서는 스마트카드 적용을 위하여 국내외 블록 암호화 표준 알고리즘인 3-DES(Triple Data Encryption Standard), AES(Advanced Encryption Standard), SEED, HASH(SHA-1)를 통합한 저전력 암호화 엔진을 하드웨어로 구현하였다. 휴대용 기기에 필수적인 작은 면적과 저전력을 위하여 하나의 라운드에 대한 각각의 암호화 블록을 구현한 후 반복동작을 하도록 설계하였고 두 단계의 클록 게이팅 기술을 적용하였다. 설계한 통합 암호화 엔진은 ALTERA Excalibur EPXA10F1020C2를 사용하여 검증하였고 합성결과 7,729 LEs와 512 바이트 ROM을 사용하여 최대 24.83 MHz 속도로 동작이 가능하였다. 삼성 0.18 um STD130 CMOS 스탠다드 셀 라이브러리로 합성한 결과 44,452 게이트를 사용하며 최대 50 MHz의 속도로 동작이 가능하였다. 또한 전력소모를 측정한 결과 25 MHz의 속도로 동작할 경우 3-DES, AES, SEED, SHA-1 모드일 때 각각 2.96 mW, 3.03 mW, 2.63 mW, 7.06 mW의 전력소모를 할 것으로 예측되었다. 이러한 저전력 통합 암호화 엔진은 스마트카드 적용에 가장 적합한 구조를 갖고 있으며 그 외에도 다양한 암호화 시스템에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
In this paper, the block cipher algorithms, 3-DES(Triple Data Encryption Standard), AES(Advanced Encryption Standard), SEED, HASH(SHA-1), which are domestic and international standards, have been implemented as an integrated cryptographic engine for smart card applications. For small area and low power design which are essential requirements for portable devices, arithmetic resources are shared for iteration steps in each algorithm, and a two-level clock gating technique was used to reduce the dynamic power consumption. The integrated cryptographic engine was verified with ALTERA Excalbur EPXA10F1020C device, requiring 7,729 LEs(Logic Elements) and 512 Bytes ROM, and its maximum clock speed was 24.83 MHz. When designed by using Samsung 0.18 um STD130 standard cell library, the engine consisted of 44,452 gates and had up to 50 MHz operation clock speed. It was estimated to consume 2.96 mW, 3.03 mW, 2.63 mW, 7.06 mW power at 3-DES, AES, SEED, SHA-1 modes respectively when operating at 25 MHz clock. We found that it has better area-power optimized structure than other existing designs for smart cards and various embedded security systems.
