GPU 상에서의 PIPO 블록암호 CTR모드 최적 구현

• Published in: 스마트미디어저널 Vol. 14; no. 8; pp. 50 - 59
• Main Author: 송민호(Min Ho Song), 엄시우(Si Woo Eum), 김상원(Sang Won Kim), 서화정(Hwa Jeong Seo)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국스마트미디어학회 29.08.2025; Korean Institute of Smart Media; (사)한국스마트미디어학회
• Subjects: 컴퓨터학; 병렬 연산; CTR 모드; Optimal Implementation; 최적화 구현; Counter Mode; Parallel Processing; GPU; PIPO; CTR
• ISSN: 2287-1322; 2288-9671
• DOI: 10.30693/SMJ.2025.14.8.50

In this paper, we propose a technique to optimize the CTR mode of the PIPO block cipher in a GPU environment. Unlike the existing individual block encryption method, we improve the computation speed by applying an optimization technique that packs four plaintexts and processes them in parallel. In addition, we optimize the packing and unpacking of plaintexts and master keys by utilizing the built-in functions of CUDA, and minimize the number of memory accesses and improve the encryption performance by performing Sbox, Pbox, and KeyAddition operations on four plaintexts simultaneously. The encryption method applying this optimization technique showed the effect of reducing the number of global memory accesses and improving the computational performance compared to the existing method. 본 논문에서는 GPU 환경에서 PIPO 블록 암호의 CTR 모드를 최적화하는 기법을 제안한다. 기존의 개별 블록 암호화 방식과 다르게 4개의 평문을 Packing하여 병렬로 처리하는 최적화 기법을 적용하여 연산 속도를 향상시켰다. 또한 CUDA의 내장 함수를 활용하여 평문과 마스터키의 Packing 및 Unpacking을 최적화하였으며 Sbox, Pbox, 그리고 KeyAddition 연산을 4개의 평문에 대해 동시에 수행함으로써 메모리 접근 횟수를 최소화하고 암호화 성능을 개선하였다. 이러한 최적화 기법을 적용한 암호화 방식은 기존 방식 대비 글로벌 메모리 접근 횟수를 줄이고 연산 성능을 개선하는 효과를 나타내었다.