GPU를 이용한 Salsa20 스트림 암호의 병렬화

Abstract

GPU는 높은 연산 성능에 비해 그래픽 처리를 하지 않을 경우에는 유휴상태에 놓여있다. 최근 유휴상태인 GPU를 이용하여 그래프 문제, 대용량 탐색 및 정렬, 행렬 연산 등 다양한 문제들을 병렬처리 하는 GPGPU가 각광받고 있고 NVIDIA사의 CUDA플랫폼의 등장으로 이러한 흐름은 더욱 가속화 되고 있다. GPGPU의 발전에 맞추어 GPU상에서 몇몇의 암호 알고리즘들이 구현되었지만, 스트림 암호의 경우에는 최근에서야 ECRYPT에 의해 표준이 제정되었기 때문에 아직 연구 결과가 미비하다. 이에 본 논문에서는 ECRYPT의 소프트웨어 기반 암호인 Salsa20을 GPU상에서 구현하고 이를 최적화하였으며, 파이프라이닝 기법을 사용하여 성능을 극대화하였다. 본 논문의 실험 결과에 따르면 CUDA를 사용한 Salsa20은 6.2Gbps의 암호화 속도를 보여주어 138.7Mbps의 성능을 보인 CPU상에서의 구현에 비해 무려 45배 이상의 성능 향상을 보여주었다.

Recent performance improvements in GPU enabled optimized parallel implementation of various algorithmsincluding graph algorithms, searching and sorting of massive data, matrix operations, and so on. After theadvent of CUDA platform of NVIDIA, more algorithms including several cryptographic algorithms are beingimplemented over GPUs. However, little work has been done on the parallel implementation of stream ciphersbecause it hasn’t been long since the first standard for stream cipher were published by ECRYPT. In thispaper, we provide a parallel implementation of Salsa20 stream cipher, one of the four software-based streamciphers in the ECRYPT standard, over a GPU, and optimize its performance using a pipelining technique.According to our experimental results, the throughput of Salsa20 on the CUDA platform is up to 6.2Gbps,which is approximately 45 times faster than the implementation over a CPU with 138.7Mbps.