[논문 리뷰] An Improvement of RC4 Cipher Using Vigenere Cipher

Seifedine Kadry, Mohamad Smaili|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 23.

Cryptographic Implementations and Security참고 문헌 9인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 RC4 암호화된 암호문에 비그너 암호를 적용하여 RC4 보안을 향상시키는 하이브리드 암호인 VRC4를 제안한다. 이 방법은 RC4의 키스트림 생성 방식과 비그너의 다중알파벳 치환 방식을 결합하여 암호 분석에 대한 저항력을 높이면서도 낮은 시간 복잡도를 유지한다. KisMac 네트워크 해킹 도구를 사용한 검증 결과 이는 성공적으로 수행되었다.

ABSTRACT

This paper develops a new algorithm to improve the security of RC4. Given that RC4 cipher is widely used in the wireless communication and has some weaknesses in the security of RC4 cipher, our idea is based on the combination of the RC4 and the poly alphabetic cipher Vigenère to give a new and more secure algorithm which we called VRC4. In this technique the plain text is encrypted using the classic RC4 cipher then re-encrypt the resulted cipher text using Vigenère cipher to be a more secure cipher text. For simplicity, we have implemented our new algorithm in Java Script taking into consideration two factors: improvement of the security and the time complexity. To show the performance of the new algorithm, we have used the well known network cracking software KisMac.

연구 동기 및 목표

• 무선 통신 환경에서 알려진 취약점을 해결하기 위해.
• 키 스케줄링 취약성과 휘도된 키스트림 출력과 같은 알려진 암호 분석 공격에 대한 RC4의 저항력을 향상시키기 위해.
• 실용적 구현을 위해 낮은 시간 복잡도를 유지하는 경량이고 효율적인 개선 방법을 설계하기 위해.
• KisMac과 같은 실제 네트워크 해킹 도구를 사용하여 신규 암호의 보안을 평가하기 위해.
• RC4와 비그너 암호를 조합함으로써 성능 저하 없이 더 안전한 암호를 도출할 수 있음을 입증하기 위해.

제안 방법

• 평문은 먼저 표준 RC4 알고리즘을 사용하여 초기 암호문을 생성한다.
• 생성된 RC4 암호문은 사전 정의된 키워드를 사용하여 비그너 암호로 재암호화된다.
• 비그너 암호는 탭룰라 렉타(비그너 사각형)를 사용하여 RC4 출력의 각 문자를 반복 키로 치환한다.
• 이 방법은 이식성과 시간 복잡도 평가를 위해 자바스크립트로 구현된다.
• 보안 평가는 널리 알려진 네트워크 침투 도구인 KisMac을 사용하여 실제 공격에 대한 내성 여부를 테스트하기 위해 수행된다.
• 이 방법은 RC4의 단순성을 유지하면서도 통계적 패턴을 방해하기 위해 다중알파벳 치환을 도입한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RC4와 비그너 암호를 조합함으로써 알려진 RC4 암호 분석 기법에 대한 저항력이 크게 향상될 수 있는가?
• RQ2 제안된 VRC4 방법은 실시간 통신 시스템에서 실용적으로 사용할 수 있을 정도로 수용 가능한 시간 복잡도를 유지하는가?
• RQ3 VRC4 암호는 KisMac과 같은 네트워크 기반 암호 분석 도구에 대해 어떻게 작동하는가?
• RQ4 비그너 계층이 RC4 키스트림에 존재하는 통계적 편향을 어느 정도 가림으로써 예측 가능성을 낮출 수 있는가?
• RQ5 이 하이브리드 접근 방식은 기존의 RC4 기반 시스템에 최소한의 수정으로도 후행 호환성 또는 사용 가능성을 갖는가?

주요 결과

• KisMac이 암호문을 성공적으로 해독하지 못함으로써 VRC4 암호는 표준 RC4보다 더 높은 암호 분석에 대한 저항력을 보임을 입증하였다.
• 비그너 계층의 추가로 RC4 키스트림에 내재된 통계적 편향이 방해되어 예측 가능성이 감소하였다.
• 자바스크립트로 효율적으로 구현된 덕분에 시간 복잡도는 낮게 유지되어 실시간 암호화를 지원하였다.
• 하이브리드 접근 방식은 RC4의 취약한 출력을 더 복잡하고 예측 불가능한 키스트림으로 성공적으로 변환하였다.
• 기존 시스템의 아키텍처를 크게 변경하지 않고도 RC4에 실용적인 개선을 제공하였다.
• 보안 평가 결과, VRC4는 표준 네트워크 기반 해킹 도구에서 RC4보다 더 뛰어난 내성성을 확보하였다.