LEA (Lightweight Encryption Algorithm) 암호 알고리즘
LEA(경량 암호 알고리즘)는 **2013년 ETRI(한국전자통신연구원), KISA(한국인터넷진흥원), 국가보안기술연구소(NSR)**가 공동 개발한 경량 블록 암호화 알고리즘입니다.
ARX(Addition, Rotation, XOR) 구조를 기반으로 설계되어 빠른 연산 속도와 낮은 연산 비용을 제공합니다.
1. LEA 알고리즘 개요
| 속성 | 값 |
|---|---|
| 개발 기관 | ETRI, KISA, NSR |
| 개발 연도 | 2013년 |
| 암호화 방식 | 블록 암호 (ARX 기반) |
| 블록 크기 | 128비트 |
| 키 크기 | 128비트, 192비트, 256비트 |
| 라운드 수 | 24 (128비트 키), 28 (192비트 키), 32 (256비트 키) |
| 특징 | 경량화, 고속 연산, 저전력 최적화 |
| 적용 분야 | IoT, 모바일, 스마트카드, 경량 임베디드 시스템 |
2. LEA의 특징
✅ 1) 경량화 (Lightweight)
- 기존 블록 암호(AES 등)보다 적은 연산량과 메모리 사용량을 요구.
- 저전력 환경에서도 빠르고 효율적으로 동작.
✅ 2) 고속 연산 (High Performance)
- ARX (Addition, Rotation, XOR) 연산 기반으로, 연산 속도가 빠름.
- S-Box 사용이 없으며 단순한 연산만 사용하므로 하드웨어 및 소프트웨어에서 효율적으로 구현 가능.
✅ 3) 다양한 키 크기 지원
- 128비트, 192비트, 256비트 키를 지원하여 다양한 보안 요구사항을 충족.
✅ 4) 병렬화 가능
- 병렬 처리(Parallelization) 에 최적화되어 있어, 최신 하드웨어 환경에서도 빠르게 동작.
✅ 5) 다양한 플랫폼에서 활용 가능
- 소프트웨어 및 하드웨어 구현이 용이하며, IoT 기기 및 모바일 환경에서도 최적화됨.
3. LEA 암호화 구조
(1) 기본 구조
- LEA는 128비트 블록 크기를 갖고 있으며, **3가지 키 크기(128, 192, 256비트)**를 지원합니다.
- 키 크기에 따라 라운드 수가 다릅니다.
- 128비트 키: 24라운드
- 192비트 키: 28라운드
- 256비트 키: 32라운드
(2) 연산 방식 (ARX 구조)
LEA는 S-Box를 사용하지 않고, 단순한 ARX 연산(Addition, Rotation, XOR)만을 사용하여 경량화를 구현하였습니다.
- Addition (덧셈, 모듈러 2³²)
- Rotation (비트 회전)
- XOR (배타적 논리합 연산)
이 세 가지 연산만 사용하여 빠르고 강력한 암호화를 제공합니다.
4. LEA vs 기존 암호 알고리즘 비교
| 알고리즘 | 블록 크기 | 키 크기 | 암호화 구조 | 특징 | 사용 분야 |
|---|---|---|---|---|---|
| LEA | 128비트 | 128/192/256비트 | ARX (Addition, Rotation, XOR) | 경량, 빠름, 저전력 최적화 | IoT, 모바일, 스마트카드 |
| AES | 128비트 | 128/192/256비트 | SPN (S-Box, P-Box) | 글로벌 표준, 높은 보안성 | 금융, 보안, 일반 IT 시스템 |
| SEED | 128비트 | 128비트 | Feistel 구조 | 한국 금융권 표준 | 전자정부, 금융 보안 |
| HIGHT | 64비트 | 128비트 | Feistel 구조 | 초경량, 저전력 | 스마트카드, RFID |
비교 요약
- LEA는 AES보다 연산이 단순하여 빠르고 저전력 환경에서 유리.
- SEED보다 병렬 연산이 가능하고, 속도가 빠름.
- HIGHT보다 보안성이 높으며, 128비트 블록 크기를 사용.
5. LEA의 활용 분야
LEA는 저전력·경량 환경에 최적화된 블록 암호화 알고리즘으로 다음과 같은 분야에서 활용됩니다.
- IoT (사물인터넷)
- 스마트홈 기기, 센서 네트워크, 웨어러블 디바이스 등.
- 저전력 환경에서도 강력한 보안 유지.
- 모바일 보안
- 스마트폰, 태블릿 등의 저장 데이터 및 통신 보안.
- 스마트카드 및 RFID
- 교통카드, 전자 여권, 인증 카드 등에 적용.
- 임베디드 시스템
- 자동차, 의료기기, 산업용 컨트롤러 등의 내장 보안 기능.
- 블록체인 및 암호화폐
- 트랜잭션 데이터 보호 및 경량 블록체인 시스템에서 사용 가능.
6. 결론
- LEA는 경량화, 고속 연산, 저전력 최적화된 암호화 알고리즘으로, IoT, 모바일, 임베디드 시스템 등에서 AES의 대안으로 사용 가능.
- S-Box 없이 ARX 연산만 사용하여 속도가 빠르고, 병렬화 가능하여 최신 하드웨어에서도 효과적으로 동작.
- AES 대비 낮은 연산 비용으로 저전력 환경에서 강력한 보안성을 유지할 수 있음.
즉, LEA는 “저전력 & 경량 보안이 필요한 환경”에 최적화된 암호화 방식입니다.