Ανάπτυξη σε FPGA των Αλγορίθμων ACORN και ASCON για Πιστοποιημένη Κρυπτογράφηση

Development Algorithms ACORN and ASCON to FPGA for Authenticated Encryption (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Σωτηρίου, Ηλίας
  3. Συστήματα Κινητού και Διάχυτου Υπολογισμού (ΣΔΥ)
  4. 25 Σεπτεμβρίου 2021 [2021-09-25]
  5. Ελληνικά
  6. 186
  7. Σκλάβος, Νικόλαος
  8. Κρυπτογραφία Ελαφροβαρών Αλγορίθμων | Lightweight Cryptography | Συστοιχίες Πυλών Προγραμματιζόμενου Πεδίου | FPGA | Διαγωνισμός Caesar | Caesar Competition | Ascon | Ascon | Acorn | Acorn | Αλγόριθμος Πιστοποιημένης Κρυπτογράφησης | Authenticated Cipher
  9. 5
  10. 1
  11. 24
  12. Περιέχει : πίνακες, διαγράμματα, εικόνες
    • Στην σημερινή εποχή υπάρχουν αρκετοί αναδυόμενοι τεχνολογικοί τομείς (π.χ. δίκτυα αισθητήρων, συστήματα υγείας, κατανεμημένα συστήματα ελέγχου, το διαδίκτυο των πραγμάτων, κυβερνο-φυσικά συστήματα) στους οποίους συνδέονται συσκευές με περιορισμένους πόρους υλικού, λογισμικού και διαθεσιμότητα ενέργειας, οι οποίες τυπικά επικοινωνούν ασύρματα μεταξύ τους για να εργασθούν και να φέρουν εις πέρας το έργο τους. Επιπρόσθετα σε οικοσυστήματα, όπως του διαδικτύου των πραγμάτων οι συσκευές περιορισμένων πόρων (constrained devices) θα πρέπει να είναι ικανές να επικοινωνούν αποτελεσματικά, με ασφάλεια και με υψηλές αποδόσεις με διακομιστές (servers). Η πλειονότητα των υπαρχόντων αλγορίθμων κρυπτογράφησης σχεδιάστηκαν για περιβάλλοντα επιτραπέζιου υπολογιστή (desktop) και διακομιστή (server) με αποτέλεσμα πολλοί από αυτούς τους αλγόριθμους να μην μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συσκευές περιορισμένων πόρων για ταυτόχρονη παροχή των ιδιοτήτων πιστοποιημένης κρυπτογράφησης, όπως είναι η εμπιστευτικότητα, η αυθεντικότητα και η ακεραιότητα δεδομένων. Επίσης με την εισαγωγή δικτύων πέμπτης (5G) και έκτης (6G) γενιάς στο διαδίκτυο, υπάρχει έντονη η ανάγκη για εξεύρεση ελαφροβαρών (lightweight) αλγορίθμων πιστοποιημένης κρυπτογράφησης, κατάλληλων για εξειδικευμένες υπηρεσίες σε συσκευές με μικρή διαθεσιμότητα πόρων. Ως προς τη προσπάθεια αυτή, τα τελευταία χρόνια υπήρξε ένας σημαντικός διαγωνισμός Πιστοποιημένης Κρυπτογράφησης για Ασφάλεια, Εφαρμοσιμότητα και Ανθεκτικότητα (Competition for Authenticated Encryption: Security,Applicability, and Robustness-CAESAR), στον οποίο έλαβαν μέρος τόσο ερευνητικά ινστιτούτα και πανεπιστήμια, όσο και γνωστές εταιρίες με σκοπό την εύρεση του καλύτερου ελαφροαβαρή αλγορίθμου. Αρχικά από άποψη ασφάλειας ως προς την υπηρεσία Πιστοποιημένης Κρυπτογράφησης και κατά δεύτερον ως προς το πλήθος των εφαρμογών που μπορεί να υποστηρίξει ο κάθε αλγόριθμος. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν διεξοδικά οι φιναλίστ του διαγωνισμού στη κατηγορία των ελαφροβαρών αλγορίθμων ACORN και ASCON ως προς την αρχιτεκτονική τους, βάση πλαισίου αξιολόγησης. Πραγματοποιήθηκαν υλοποιήσεις σχεδιασμού κατάλληλων για FPGA, ώστε να γίνει ανάλυση και συγκριτική επισκόπηση με βάση τη μικρή κάλυψη πόρων υλικού, λογισμικού και τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.
    • Nowadays there are several emerging technology sectors (e.g. sensor networks, healthcare systems, distributed control systems, the Internet of Things, cyber-physical systems) to which devices with low coverage of hardware, software and, power availability are connected, which typically communicate wirelessly with each other to accomplish their tasks. In addition ecosystems, such as the Internet of Things, constrained devices must be able to communicate securely and efficiently with servers. Most existing current cryptographic algorithms were designed for desktop and server environments, so many of these algorithms cannot be used on constrained devices to provide simultaneously encryption properties such as confidentiality, authenticity and, data integrity. Also with the introduction of fifth (5G) and sixth (6G) generation networks on the Internet, there is a strong need to find new secure lightweight authenticated encryption algorithms, suitable for specialized services on constrained resources devices. As for this effort, there has been a major Competition for Authenticated Encryption Security, Applicability, and Robustness (CAESAR) in recent years, in which both research institutes and universities, as well as well-known companies, took part, to find the best lightweight algorithms, firstly in terms of security for the Authenticated Encryption services and secondly in terms of the number of applications that each algorithm can support. In this study, the finalists of the competition in the category of lightweight algorithms ACORN and ASCON were studied in detail, in terms of their architecture basis of an evaluation framework. Design implementations suitable for FPGAs were carried out for analysis and comparative overview, based on the low coverage of hardware, software ,and low power consumption.
  14. Attribution-NoDerivatives 4.0 Διεθνές