LEA

LEA(lightweight encryption algorithm)는 빅데이터, 클라우드 등 고속 환경 및 모바일기기 등 경량 환경에서 기밀성을 제공하기 위해 개발된 128비트 블록 암호 알고리즘이다. LEA는 대표적인 대칭키 알고리즘인 기존의 AES에 비해 1.5~2배 정도 더 빠른 성능을 자랑한다.

개요

LEA는 2012년 한국의 국가보안기술연구소에서 개발한 블록 암호 알고리즘이다. 사물인터넷의 발달에 따라 빅데이터, 클라우드 등 고속 환경 및 모바일기기 등 경량 환경에서 기밀성을 제공하기 위해 개발되었다. LEA는 128비트 데이터 블록을 암호화하는 알고리즘으로 128, 192, 256비트 비밀키를 사용할 수 있으며 요구되는 안전성 기준에 따라 용도가 구분된다. LEA의 라운드 함수는 32비트 단위의 ARX(Addition, Rotation, XOR)연산만으로 구성되어 있어 이들 연산을 지원하는 범용 32비트 소프트웨어 플랫폼에서 고속으로 동작할 수 있다. 또한 안전성을 보장하는 것과 동시에 S-box의 사용을 배제하여 경량 구현이 가능하게 되어있다.

알고리즘

LEA의 전체적인 동작 과정

LEA의 암호화 과정

암호화

LEA는 평문 128비트에 대해 키 128,192,256비트를 암호화하며, 이때 각각의 라운드 수는 24, 28, 32라운드이다.
암호화는 다음과 같이 수행된다.

각 라운드 함수의 연산과정에서, 입력값은 4개의 32비트 내부 상태변수로 구성된 128비트 입력값과 192비트의 라운드키이며, 출력값은 128비트의 내부 상태변수이다. 연산에서 키는 XOR과정으로 처리되며, 각 블록비트는 화살표 방향으로 내려오고, Addition 과정과 Rotation 과정을 거치게 된다. 여기서 ROR은 오른쪽 비트회전을 의미하고, ROL은 왼쪽 비트회전을 의미한다. 각각의 비트회전에서 표시된 숫자는 그 숫자만큼 비트가 Rotation함을 의미한다. 모든 연산이 끝나고나면, 각 블록이 왼쪽으로 이동하며, 가장 앞자리의 블록 변수는 최하단으로 이동하는 것으로 암호화 라운드함수의 연산이 종료된다.

복호화

복호화의 연산식은 암호화와 동일하다. 단, 암호화에서는 Addition을 사용하였다면, 복호화에서는 Subtraction을 사용한다.

적용사례

LEA는 다양한 정보보안 서비스에서 대용량 데이터의 빠른 처리, 스마트폰 보안 등 저전력 암호화에 널리 쓰인다. 특히, 단시간에 배치작업을 완료해야 하는 금융 분야에 적합한 알고리즘이다. 각종 소프트웨어와 사물인터넷에도 적용이 되어있다.

• 이스트소프트(알집 10.5) : 이스트소프트는 압축 SW `알집(버전 10.5)`에 암호화 기능으로 LEA를 적용했다. LEA 암호화는 알집 독자 압축 형식인 EGG 파일로 압축할 때 사용한다. 압축 옵션에서 LEA를 선택하면 국제 표준 AES 등 기존 압축 암호화에 사용되던 방식보다 1.5~2배 속도가 빠르다.

• 스마트그리드 지능형전력계량(AMI) : 가정에 설치된 전력량계와 AMI 서버 간 네트워크 연계 기능을 담당하는 DCU(Data Collection Unit)에도 LEA가 적용되었다. DCU는 2016년 AMI사업에 약 6만 대 구축 예정이었으며, 향후 2020년까지 50만 대로 늘릴 예정이다.

• 사물인터넷 : 사물인터넷의 보안 플랫폼에도 LEA가 사용되었다. 이니텍 ISoT(Internet Security of Things) 보안 플랫폼 암호 기능에 적용되었다. 윈스테크넷(WINSTECHNET)은 침입방지시스템(IPS) 스나이퍼에 LEA를, 라온시큐어(Raonsecure)도 LEA 암호모듈에 대해 한국형 암호모듈검증제도(KCMVP) 검증을 완료하였다.

전망

LEA 암호 알고리즘은 오늘날 가장 많이 쓰이는 AES(Advanced Encryption Standard) 암호보다 1.5~2배 빠른 성능을 갖는 것으로 확인되어, 다양한 정보 보안 서비스에서 대용량 데이터를 빠르게 처리하거나 스마트폰 보안 등 저전력 암호 모듈로 널리 활용될 수 있을 것으로 예견되고 있다.

참고자료

• 손승일 기자, 〈국내 자체 개발 블록 암호 알고리즘 현황〉, 《보안뉴스》, 2018-06-0
• 나무위키 LEA - https://namu.wiki/w/LEA
• 김인순 보안 전문 기자, 〈국산 경량암호 LEA 적용 사례 늘어〉, 《전자뉴스》, 2016-08-01

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