Ανίχνευση δούρειων ίππων υλισμικού, σε κρυπτογραφικό ολοκληρωμένο κύκλωμα

• Κύριος συγγραφέας: Μεμελετζόγλου, Χαρίλαος
• Άλλοι συγγραφείς: Memeletzoglou, Charilaos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2023
• Θέματα: Ασφάλεια υλικού; Δούρειοι ίπποι υλισμικού; Ελαφροβαρής κρυπτογραφία; Κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι τμήματος; Κρυπτογραφικός συνεπεξεργαστής; Hardware security; Hardware trojans; Lightweight cryptography; Block ciphers; Cryptographic coprocessor; FPGA; VHDL; PRESENT

Η διαρκής ροή δεδομένων που χαρακτηρίζει τις σύγχρονες κοινωνίες, καθιστά αναγκαία τη χρήση κρυπτογραφικών μηχανισμών προάσπισης της Εμπιστευτικότητάς τους. Μηχανισμοί αυτού του τύπου επιτρέπουν την κρυπτογράφηση δεδομένων, χρησιμοποιώντας ένα μυστικό κλειδί, ενώ η αποκρυπτογράφησή τους είναι δυνατή μόνο από τις οντότητες που διαθέτουν το κλειδί. Κρυπτογραφικοί Αλγόριθμοι Τμήματος, όπως ο AES, συναντώνται παντού στην καθημερινή ζωή από το πρωτόκολλο Transport Layer Security έως τις εφαρμογές ανταλλαγής μηνυμάτων. Παρόλα αυτά, οι υπάρχοντες διαδεδομένοι αλγόριθμοι δεν είναι κατάλληλοι για Ενσωματωμένα Συστήματα που διέπονται από εξαιρετικά υψηλούς περιορισμούς όσον αφορά την υπολογιστική ισχύ ή/και την κατανάλωση ενέργειας, όπως οι ετικέτες RFID(RFID Tags) ή τα δίκτυα ασύρματων αισθητήρων που εμπίπτουν στο υπολογιστικό μοντέλο του Διαδικτύου των Πραγμάτων(Internet of Things,IoT). Ως αποτέλεσμα, το πεδίο της Ελαφροβαρούς Κρυπτογραφίας(Lightweight Cryptography), που πραγματεύεται την ανάπτυξη Κρυπτογραφικών Αλγορίθμων που σχεδιάζονται με γνώμονα την αποδοτική και συμπαγή υλοποίηση λογισμικού ή/και υλικού τους, έχει γνωρίσει ραγδαία ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια, γεγονός που υποδεικνύεται από την έναρξη διεθνούς διαγωνισμού από τον οργανισμό NIST, για την επιλογή ενός Ελαφροβαρούς Κρυπτογραφικού Αλγορίθμου ως πρότυπο, όπως είχε γίνει και στις αρχές του 21ου αιώνα με την ανάδειξη του αλγορίθμου Rijndael ως το πρότυπο AES. Όμως, οποιαδήποτε υλοποίηση υλικού ενός Κρυπτογραφικού Αλγορίθμου, είναι ευάλωτη στη διαρκώς αυξανόμενη απειλή των Δούρειων Ίππων Υλισμικού(Hardware Trojans), δηλαδή στην κακόβουλη τροποποίηση του αρχικού κυκλώματος. Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία, σχεδιάζεται μέσω της Γλώσσας Περιγραφής Υλικού VHDL και υλοποιείται σε FPGA της οικογένειας Spartan 7 της Xilinx, ένας Κρυπτογραφικός Συνεπεξεργαστής εκτέλεσης του Ελαφροβαρούς και βελτιστοποιημένου ως προς τους πόρους υλικού, Κρυπτογραφικού Αλγορίθμου Τμήματος PRESENT. Έπειτα, σχεδιάζονται και ενσωματώνονται στο σύστημα εννέα διαφορετικοί Δούρειοι Ίπποι των οποίων οι ενέργειες ποικίλλουν από τη διατάραξη της ομαλής λειτουργίας του συστήματος έως τη διεξαγωγή επιθέσεων Άρνησης Υπηρεσίας(Denial of Service,DoS). Η ανίχνευσή τους διεξάγεται μέσω VHDL testbenches για τη δημιουργία και την εφαρμογή ψευδοτυχαίων μπλοκ εισόδου και Κρυπτογραφικών Κλειδιών στο σύστημα, με σκοπό τη σύγκριση της απόκρισής του με την αναμενόμενη απόκριση του αρχικού κυκλώματος.