Σχεδίαση και ανάπτυξη σε υλικό, ενός αποδοτικού, χαμηλών απαιτήσεων κρυπτο-πυρήνα Simeck32/64, για IoT συσκευές

• Κύριος συγγραφέας: Λημναίος, Σταύρος
• Άλλοι συγγραφείς: Σκλάβος, Νικόλαος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Κρυπταλγόριθμος Simeck32/64; Κρυπτο-πυρήνας; Κρυπτογραφία χαμηλών απαιτήσεων; Πομποδέκτης IEEE 802.15.4; Simeck32/64 cipher; Crypto-Core; Lightweight cryptography; IEEE 802.15.4 transceiver; FPGA

Το Internet of Things είναι ένα περιβάλλον με ραγδαία ανάπτυξη. Οι IoT συσκευές αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σε περιορισμένα δίκτυα, ή στέλνουν δεδομένα προς συλλογή και περαιτέρω επεξεργασία σε κεντρικούς κόμβους. Δισεκατομμύρια τέτοιες συσκευές σε όλο τον κόσμο αποτελούν πιθανό στόχο κακόβουλων ενεργειών. Η διασυνδεσιμότητα πραγματοποιείται κυρίως μέσω ασύρματων επικοινωνιών και η κρυπτογραφία είναι η μέθοδος που εγγυάται την ασφάλεια, μέσω της ενσωμάτωσης κρυπτο-πυρήνων στις συσκευές. Η υλοποίηση των κρυπτο-πυρήνων πρέπει να λαμβάνει υπόψη, τους περιορισμένους διαθέσιμους πόρους που μπορούν να παρέχουν οι IoT συσκευές Στην παρούσα εργασία, υλοποιείται πυρήνας (core) κρυπτογράφησης, με αξιοποίηση του χαμηλών απαιτήσεων κρυπταλγορίθμου Simeck32/64, σε τεχνολογία Field Programmable Gate Array (FPGA), με τη χρήση γλώσσας περιγραφής υλικού VHDL. Η βασική αρχιτεκτονική υλοποιείται και αξιολογούνται τα επιτεύξιμα αποτελέσματα. Η προτεινόμενη πρωτότυπη σχεδίαση στοχεύει στην αποδοτικότερη χρονικά εκτέλεση του αλγορίθμου (μικρότερος λανθάνων χρόνος), πράγμα το οποίο αυξάνει το ρυθμό μετάδοσης δεδομένων, μέσω του παραλληλισμού βημάτων εκτέλεσης, με τη μικρότερη δυνατή επιβάρυνση σε επιπλέον υλικό. Και οι δύο αυτοί παράγοντες έχουν επίδραση στην ενέργεια που καταναλώνει το κύκλωμα, πράγμα το οποίο είναι κρίσιμο για τις IoT συσκευές. Επιπλέον, προτείνεται μία ακόμη πρωτότυπη αρχιτεκτονική, η οποία στοχεύει στην, όσο το δυνατόν, μικρότερη καταληψιμότητα υλικού. Yλοποιούνται παραλλαγές αυτών των αρχιτεκτονικών με χρήση των εξειδικευμένων υπομονάδων που υπάρχουν στα Xilinx FPGAs (BRAMs, DSPs), πέραν της χρήσης της γενικής λογικής, και εξετάζεται η επίδραση που έχει αυτή η προσέγγιση στα μετρούμενα μεγέθη. Επιπλέον, εξετάζονται τα αποτελέσματα εφαρμογής της μεθοδολογίας DSP multi-pumping, στις προαναφερόμενες υλοποιήσεις. Ακόμη, εφαρμόζοντας λογική αντίστοιχη με αυτή του DSP multi-pumping, η υπομονάδα που εκτελεί τις συνδυαστικές πράξεις του Simeck επανασχεδιάζεται, ώστε να επαναχρησιμοποιεί τις πύλες XOR. Τέλος, υλοποιείται τμήμα ενός IEEE 802.15.4 ψηφιακού πομποδέκτη βασικής ζώνης, και ενσωματώνεται σε αυτόν ο κρυπτο-πυρήνας Simeck32/64, ώστε να εξεταστεί η λειτουργικότητα του.