Υλοποίηση κρυπτο-επεξεργαστικής πλατφόρμας για κρυπτογράφηση μηνυμάτων στο πρότυπο Galois / Counter Mode (GCM)

• Κύριος συγγραφέας: Δακουρού, Στεφανία
• Άλλοι συγγραφείς: Γκούτης, Κωνσταντίνος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2009
• Θέματα: Κρυπτογράφηση μηνυμάτων; Galois/Counter Mode (GCM); 005.82

Η παρούσα διπλωματική προτείνει μια hardware υλοποίηση για κρυπτογράφηση μηνυμάτων βασισμένη στο πρότυπο ασφαλείας Galois/Counter Mode (GCM). O αλγόριθμος κρυπτογράφησης Galois/Counter Mode (GCM) εκδόθηκε από τον οργανισμό National Institute of Standards and Technology (NIST) τον Νοέμβριο του 2007. Σε συνεργασία με τον μηχανισμό πιστοποίησης μηνυμάτων, υλοποιείται το συνολικό πρότυπο GCM για online λειτουργία. Στο Κεφάλαιο 1, αρχικά γίνεται μια σύντομη ιστορική αναδρομή στον τομέα της κρυπτογραφίας. Στην συνέχεια παρουσιάζονται οι λόγοι που οδήγησαν στην δημιουργία αυτού του προτύπου ασφαλείας. Ακολουθεί μια σύντομη εισαγωγή στον GCM και στους τρόπους με τους οποίος αυτός δουλεύει. Στο τέλος του κεφαλαίου αναφέρονται οι πρακτικές εφαρμογές που έχει η χρήση του G. Στο Κεφάλαιο 2, αρχικά αναφέρονται οι συμβολισμοί και οι βασικές έννοιες που χρησιμοποιούνται στην διπλωματική. Στην συνέχεια, δίνονται συνοπτικές πληροφορίες για το μαθηματικό υπόβαθρο που είναι απαραίτητο για την κατανόηση των εσωτερικών μηχανισμών του GCM. Ακολουθεί η ανάλυση των μαθηματικών συνιστωσών του GCM. Επίσης, παρουσιάζεται το υπόβαθρο των τρόπων λειτουργίας (mode of operation) που υιοθετούνται στον GCM. Τέλος, δίνονται συνοπτικά βασικές πληροφορίες της FPGA πλατφόρμας, Στο Κεφάλαιο 3, γίνεται μια ολοκληρωμένη ανάλυση και μελέτη του Advanced Encryption Standard (AES) και πιο συγκεκριμένα της forward cipher function με υποστηριζόμενο κλειδί 128 bit, καθώς αυτή η διεργασία αποτελεί τον βασικό συμμετρικού κλειδιού block cipher που χρησιμοποιείται στον GCM. Στο Κεφάλαιο 4, πραγματοποιείται η ανάλυση του προτύπου GCM βασισμένη στο τέταρτο recommendation του NIST. Παρουσιάζονται όλοι οι επιμέρους αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται καθώς και ο τρόπος με τον οποίον αυτοί αλληλεπιδρούν και συνεργάζονται για την δημιουργία του GCM αλγορίθμου. Στο τέλος του κεφαλαίου, αναφέρονται οι απαιτήσεις για key και IV που πρέπει να ικανοποιούνται για να θεωρείται ο αλγόριθμος κρυπτογραφικά ισχυρός. Στο Κεφάλαιο 5, αρχικά γίνεται μια top down ανάλυση του GCM. Την ανάλυση αυτή συμπληρώνει η δεύτερη ενότητα στην οποία παρουσιάζεται και αναλύεται η προτεινόμενη αρχιτεκτονική για την hardware υλοποίηση. Στην συνέχεια, δίνεται ο σχεδιασμός των βασικών δομικών στοιχείων του GCM. Στην τελευταία ενότητα παρουσιάζεται η συνολική αρχιτεκτονική του GCM με σκοπό την υλοποίηση για high speed απαιτήσεις. Στο Κεφάλαιο 6, δίνεται μια συνοπτική περιγραφή στα γενικότερα θέματα μια γλώσσας περιγραφής υλικού, και των εργαλείων εξομοίωσης και σύνθεσης. Στο Κεφάλαιο 7, δίνονται τα αποτέλεσμα που προέκυψαν από την εξομοίωση του VHDL κώδικα. Ακολουθούν τα αποτελέσματα της σύνθεσης από δύο διαφορετικές FPGA τεχνολογίες. Στη συνέχεια γίνεται εισαγωγή στον τρόπο με τον οποίο ο μηχανισμός πιστοποίησης και κρυπτογράφησης μηνυμάτων συνεργάζονται για την υλοποίηση του GCM και δίνεται ο τρόπος λειτουργίας του GCM μηχανισμού που υλοποιήθηκε. Ακολουθούν τα αποτελέσματα της εξομοίωσης και σύνθεσης σε δύο διαφορετικές τεχνολογίες καθώς και μια σύγκριση μεταξύ των δύο τεχνολογιών που χρησιμοποιήθηκαν για την σύνθεση. Στο Παράρτημα Α παρουσιάζεται ο τρόπος χρήσης του Xilinx ISE που χρησιμοποιήθηκε για την σύνθεση του VHDL κώδικα για την τεχνολογία Virtex-V.