Η μετάβαση στο 5G είναι πλέον γεγονός. Οι μεγάλες ταχύτητες, η άμεση πρόσβαση στο διαδίκτυο καθώς και ο κινητός υπολογισμός επιτρέπει σε μηχανές, αισθητήρες και  ανθρώπους να συνδέονται και να επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω του IoT.O τεράστιος όγκος ανταλλαγής ευαίσθητης πληροφορίας που γεννάται από αυτό, απαιτεί διαφάνεια, ασφάλεια και ταχύτητα επεξεργασίας. Ένας από τους μηχανισμούς διασφάλισης των κριτηρίων αυτών στις τηλεπικοινωνίες είναι και οι αλγόριθμοι κρυπτογράφησης, για τους οποίους ο οργανισμός θέσπισης προδιαγραφών και προτύπων 3GPP, έχει βάλει νέα όρια για το 5G.Τα όρια αυτά έχουν να κάνουν: με την ταχύτητα επεξεργασίας του αλγόριθμου, αφού πρέπει να ικανοποιεί τα 20 Gbps downlink του 5G [19], την αύξηση του μήκους κλειδιού κρυπτογράφησης στα 256 bit από 128 bit [20] για μεγαλύτερη ασφάλεια καθώς και την δυνατότητα υλοποίησης του σε ένα εικονικό περιβάλλον. Στα δίκτυα 5G, λόγω της αυξημένης ανάγκης για απόδοση τόσο από άποψη πόρων  όσο και υπηρεσιών, η εικονοποίηση καθίσταται απαραίτητη τεχνική με υλοποιήσεις λογισμικού αλλά και υλικού.

Η εργασία αυτή αναφέρεται στον αλγόριθμο κρυπτογράφησης ροής SNOW-V[1], τον τελευταίο της οικογένειας SNOW.Η σχεδίαση του, βασίζεται στην προηγούμενη έκδοση SNOW-3G, δηλαδή αποτελείται από ένα μέρος γραμμικού καταχωρητή ολίσθησης (LFSR) και ένα μέρος μηχανής πεπερασμένης κατάστασης (FSM), με αλλαγές στην δομή του καταχωρητή ολίσθησης. Η ερευνητική κοινότητα που ασχολείται με το αντικείμενο της κρυπτογράφησης στα δίκτυα κινητής επικοινωνίας, έχει δείξει μεγάλο ενδιαφέρον γύρω από την βελτιστοποίηση του καθώς ικανοποιεί τα κριτήρια που έχει θέσει η 3GPP και σε πολλά σημεία υπερτερεί των ανταγωνιστών του (AES-256, ZUC-256, SNOW 3G-256) για το ποιος θα καθιερωθεί στο 5G. Βασικός παράγοντας για την επικράτηση μεταξύ των υποψηφίων, είναι και η αποδοτικότητα τους σε καθαρά hardware υλοποιήσεις, όπως τα FPGA, πέρα από τις software υλοποιήσεις. Αυτό έγκειται στο γεγονός ότι η εικονοποίηση θα οδηγήσει σε πολλές περιπτώσεις την κατάργηση κλασικών μονάδων hardware στους σταθμούς βάσης επικοινωνιών.

Στην εργασία αυτή, γίνεται μια συγκριτική μελέτη μεταξύ των πιο πρόσφατων hardware υλοποιήσεων του αλγόριθμου SNOW-V τόσο σε πλατφόρμες υλικού, τύπου FPGA όσο και σε άλλες πλατφόρμες CPU.Πιο συγκεκριμένα μελετώνται και συγκρίνονται τέσσερις ερευνητικές εργασίες [2,3,4,5] που αποσκοπούν η κάθε μία ξεχωριστά, να βελτιώσει τον αλγόριθμο SNOW-Vσε σχέση με τις πιο βασικές μετρικές απόδοσης, όπως είναι η ρυθμαπόδοση, η καλυπτικότητα, η συχνότητα επεξεργασίας και η κατανάλωση ενέργειας. Κατατίθενται η μεθοδολογία και οι τεχνικές που χρησιμοποίησαν, οι υλοποιήσεις και τα αποτελέσματα για κάθε μία από αυτές ξεχωριστά. Τέλος, από τα στοιχεία αυτά, βγαίνουν χρήσιμα συμπεράσματα για το πόσο και ποιες τεχνικές από αυτές, μόνες τους ή συνδυαστικά συμβάλλουν καθοριστικά στην βελτιστοποίηση της απόδοσης του αλγόριθμου SNOW-V.

The transition to 5G is now a reality. High speeds, direct internet access, and mobile computing allow machines, sensors, and humans to connect and communicate with each other through the Internet of Things (IoT). The massive volume of sensitive information exchange generated by this, requires transparency, security, and fast processing. One of the mechanisms to ensure these criteria in telecommunications, is also encryption algorithms, for which the 3GPP standards organization has set new limits for 5G. These limits concern: the algorithm's processing speed, as it needs to meet the 20 Gbps downlink requirement of 5G [19], the increase in encryption key length from 128 bits to 256 bits [20] for security improvement and finally the ability to be implemented in a virtual environment. In 5G networks, due to the increased need for resource and service efficiency, virtualization becomes a necessary technique with both software and hardware implementations.

This work refers to the SNOW-V stream cipher, the latest member of the SNOW family. Its design is based on the previous version, SNOW-3G, consisting of a linear feedback shift register (LFSR) component and a finite state machine (FSM) component, with changes in the structure of the linear shift register. The research community focusing on cryptography in mobile communication networks, has shown great interest in optimizing SNOW-V[1] as it satisfies the criteria set by 3GPP and outperforms its competitors (AES-256, ZUC-256, SNOW-3G-256) in many aspects, making it a potential candidate for adoption in 5G. One key factor for their prevalence among the candidates is their efficiency in pure hardware implementations such as field-programmable gate arrays (FPGAs), in addition to software implementations. This is because virtualizations will likely lead to the elimination of classical hardware units in base stations in many cases.

This study presents a comparative analysis of the latest hardware implementations of the SNOW-V algorithm, including FPGA platforms and various CPU platforms. Specifically, four research papers [2, 3, 4, and 5] are studied and compared individually, each aiming to improve the SNOW-V algorithm in terms of key performance metrics such as throughput, coverage, processing frequency and energy consumption. The methodology and techniques employed, the implementations, and the results for each of these papers are presented. Finally, valuable conclusions are drawn from these findings regarding the effectiveness of specific techniques, either individually or in combination, in optimizing the efficiency of SNOW-V algorithm.