[논문 리뷰] A Hybrid Cryptosystem Based On Vigenere Cipher and Columnar Transposition Cipher

Quist-Aphetsi Kester|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 30.

Chaos-based Image/Signal Encryption참고 문헌 13인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 고전 암호화 보안을 향상시키기 위해 비그너 암호와 열기반 전치 암호를 조합한 하이브리드 암호체계를 제안한다. 먼저 평문에 대해 열기반 전치 암호를 적용한 후, 그 결과로 얻은 암호문을 비그너 암호로 암호화한다. 자바로 구현하고 최종 암호문을 분석함으로써 암호 분석에 대한 저항력 향상이 입증된다.

ABSTRACT

Privacy is one of the key issues addressed by information Security. Through cryptographic encryption methods, one can prevent a third party from understanding transmitted raw data over unsecured channel during signal transmission. The cryptographic methods for enhancing the security of digital contents have gained high significance in the current era. Breach of security and misuse of confidential information that has been intercepted by unauthorized parties are key problems that information security tries to solve. This paper sets out to contribute to the general body of knowledge in the area of classical cryptography by develop- ing a new hybrid way of encryption of plaintext. The cryptosystem performs its encryption by encrypting the plaintext using columnar transposition cipher and further using the ciphertext to encrypt the plaintext again using Vigenère ci- pher. At the end, cryptanalysis was performed on the ciphertext. The implementation will be done using java program- ming.

연구 동기 및 목표

• 더 강력한 암호화를 위해 잘 알려진 두 가지 기법을 조합함으로써 고전 암호의 취약점을 해결하기 위해.
• 단독으로 사용되는 고전 암호보다 암호 분석에 대한 저항력이 높은 하이브리드 암호 방법을 개발하기 위해.
• 구현과 분석를 통해 제안된 하이브리드 시스템의 실현 가능성과 보안 향상을 입증하기 위해.
• 암호학 및 정보 보안 분야의 지식 기여를 위해 새로운 고전 암호체계 설계를 기여하기 위해.

제안 방법

• 평문은 먼저 키워드 기반 순열에 기반해 문자를 재배열하는 열기반 전치 암호로 암호화된다.
• 열기반 전치 암호의 출력 결과가 비그너 암호의 입력으로 사용되며, 이는 탭룰라 렉타를 사용해 반복 키워드를 이용해 문자를 이동시킨다.
• 암호화 과정은 자바로 구현되어 있어 재현 가능성이 보장되고 시스템의 실용적 평가가 가능하다.
• 하이브리드 시스템은 확산성을 높이고 빈도 분석을 복잡하게 하기 위해 비그너 암호 암호화 이전에 전치를 적용한다.
• 암호 분석은 최종 암호문을 대상으로 수행되어 일반적인 암호 분석 기법에 대한 저항력을 평가한다.
• 이 시스템은 두 암호의 장점을 활용한다: 전치는 확산을, 비그너 암호는 혼동을 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 열기반 전치 암호와 비그너 암호를 조합함으로써, 개별적으로 사용할 경우에 비해 암호 분석에 대한 저항력이 어떻게 향상되는가?
• RQ2 비그너 암호 암호화 이전에 전치를 적용하는 것이 최종 암호문의 보안에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 하이브리드 고전 암호체계는 전통적인 단알파벳 또는 다알파벳 암호보다 더 강력한 보안을 달성할 수 있는가?
• RQ4 제안된 시스템은 암호문에서 문자 빈도 패턴을 얼마나 효과적으로 은폐하는가?
• RQ5 이러한 하이브리드 고전 암호체계를 설계할 때 실용적 구현 과제와 보안 상충 요소는 무엇인가?

주요 결과

• 이중 레이어 암호화 과정 덕분에 하이브리드 암호체계는 빈도 분석에 대해 상당한 저항력을 보인다.
• 열기반 전치 단계는 문자 빈도 패턴을 파괴하여 암호 분석을 더 어렵게 한다.
• 비그너 암호는 전치된 텍스트에 다알파벳 치환을 적용함으로써 패턴을 추가로 은폐한다.
• 자바로 구현된 결과 암호화 및 복호화 과정의 실현 가능성과 정확성이 확인되었다.
• 최종 암호문의 암호 분석 결과, 하이브리드 시스템은 개별 구성 요소 암호보다 더 뛰어난 내성성을 보였다.
• 이 시스템은 교육적 및 저복잡도 응용 환경에서 향상된 보안을 제공하는 새로운 고전 암호화 방법을 기여한다.