ESP32-S2 기반 저전력 IoT 디바이스에서의 대칭·공개키 암호 연산 성능 평가

Performance Evaluation of Symmetric and Public-Key Cryptographic Operations on ESP32-S2-Based Low-Power IoT Devices

본 연구에서는 저전력 IoT 마이크로컨트롤러인 ESP32-S2 환경에서 대칭키 암호(AES), 비대칭키 암호(RSA, ECC) 알고리즘을 대상으로 성능을 정량적으로 분석하고, 이를 토대로 하드웨어 가속기 활용 및 암호 알고리즘 선택 전략을 제시한다. AES-128의 ECB, CBC 모드를 비교하여 처리 시간과 처리량을 측정하였으며, RSA는 키 길이에 따른 서명 생성 및 검증 속도를 살펴보았다. ECC의 경우 secp256r1, secp384r1 표준 곡선을 사용하여 서명·검증 연산 성능을 측정한 결과, ECC는 상대적으로 적은 키 길이로도 RSA와 유사한 보안 강도를 확보하면서 전반적으로 더 빠른 연산 속도를 보여, 저전력 IoT 환경에 적합함을 확인하였다. 이러한 분석 결과는 자원 제약적 IoT 기기에서 보안을 적용할 때의 암호 알고리즘 선택에 있어 중요한 참고 지침을 제공한다.

This paper proposes a quantitative performance analysis of both symmetric (AES) and asymmetric (RSA, ECC) cryptographic algorithms in a low-power IoT environment using the ESP32-S2 microcontroller. Based on the results, we propose strategies for leveraging hardware acceleration and selecting suitable cryptographic algorithms. Specifically, we measure the encryption time and throughput of AES-128 in ECB and CBC modes, and evaluate the signing and verification times of RSA for various key lengths. In the case of ECC, we analyze the performance of signature and verification operations with the secp256r1 and secp384r1 standard curves. The findings show that ECC, requiring comparatively smaller key sizes yet offering security levels similar to RSA, achieves faster overall performance—indicating its suitability for low-power IoT systems. These results serve as a valuable reference for choosing cryptographic algorithms in resource-constrained IoT devices.