Compact implementations of the ring variant of the Learning with Errors (Ring-LWE) on the embedded processors have been actively studied due to potential quantum threats. Various Ring-LWE implementation works mainly focused on optimization techniques to reduce the execution timing and memory consumptions for high availability. For this reason, they failed to provide secure implementations against general side channel attacks, such as timing attack. In this paper, we present secure and fastest Ring-LWE encryption implementation on low-end 8-bit AVR processors. We targeted the most expensive operation, i.e. Number Theoretic Transform (NTT) based polynomial multiplication, to provide countermeasures against timing attacks and best performance among similar implementations till now. Our contributions for optimizations are concluded as follows: (1) we propose the Look-Up Table (LUT) based fast reduction techniques for speeding up the modular coefficient multiplication in regular fashion, (2) we use the modular addition and subtraction operations, which are performed in constant timing. With these optimization techniques, the proposed NTT implementation enhances the performance by 18.3??22% than previous works. Finally, our Ring-LWE encryption implementations require only 680,796 and 1,754,064 clock cycles for 128-bit and 256-bit security levels, respectively.
키워드
8-bit AVR, Discrete gaussian sampling, Number theoretic transform, Public key encryption, Ring learning with errors, Software implementation, Timing attack
KSP 제안 키워드
256-bit, Best performance, Bit security, Discrete Gaussian Sampling, Embedded processor, High availability, Number theoretic transform, Optimization techniques(OT), Polynomial multiplication, Public-key encryption, Reduction technique
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<출처표시방법 안내> 작성자, 저작물명, 출처, 권호, 출판년도, 이용조건 [예시1] 김진미 외, "매니코어 기반 고성능 컴퓨팅을 지원하는 경량커널 동향", 전자통신동향분석, 32권 4호, 2017, 공공누리 제4유형 [예시2] 심진보 외, "제4차 산업 혁명과 ICT - 제4차 산업 혁명 선도를 위한 IDX 추진 전략", ETRI Insight, 2017, 공공누리 제 4유형
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