Українські національні стандарти шифрування для вбудованих систем на базі FPGA
DOI:
https://doi.org/10.31861/sisiot2023.1.01005Ключові слова:
ДСТУ 7624:2014, ДСТУ 8845:2019, FPGA, вбудовані системиАнотація
У роботі представлено апаратну реалізацію на базі FPGA основних криптографічних перетворень алгоритму блокового симетричного криптографічного перетворення ДСТУ 7624:2014 та потокового симетричного перетворення ДСТУ 8845:2019, які є національними стандартами криптографічних перетворень України. У випадку ДСТУ 7624: 2014 апаратна реалізація множення двох поліномів за модулем x8+x4+x3+x2+1 виконана у вигляді комбінаційної схеми, яка дозволяє виконувати MixColumn перетворення за один цикл. Перетворення SubBytes реалізовано на основі постійного запам’ятовуючого пристрою (ПЗП). Керування модулями розгортання проміжних ключів та шифрування реалізовано на базі скінченого автомата. Для потокового шифру ДСТУ 8845:2019 нелінійна функція T реалізована як байтова операція підстановки у вигляді попередньо обчислених комірок ПЗП. Функція множення α на α-1 в арифметиці поля Галуа GF (2 64) реалізована на основі ПЗП та комбінаційної логіки. Управління режимами роботи регістра зсуву з лінійним зворотним зв'язком здійснюється на основі скінченого автомата. Для підвищення швидкодії виконання криптографічних перетворень авторами використано конвеєрний принцип побудови IP ядер. Робота модулів апаратних реалізацій стандартів криптографічних перетворень ДСТУ 7624:2014 та ДСТУ 8845:2019 верифікована авторами відповідно до вказаних контрольних векторів у стандартах, і їх код HDL може бути наданий авторами для подальших досліджень зацікавленим сторонам. Апаратна реалізація IP ядер шифрів є кросплатформеною і може бути адаптованою на різноманітні FPGA із відповідними ресурсами. Також, в роботі представлено для подальших досліджень концепцію реалізації системи шифрування на основі розроблених апаратних IP-ядер для FPGA Cyclone 5 із використанням вбудованої операційної системи на базі ядра Linux для подальшої інтеграції їх до вбудованих систем або пристроїв IoT.
Завантажити
Посилання
Ya. R. Sovin, V. I. Otenko, E. F. Shtefanyuk “Effective implementation of the DSTU 7624:2014 block symmetric encryption algorithm ("Kalyna") for 8/16/32-bit embedded systems” Modern information protection, № 3, pp. 6-16, 2017.
А.А. Kuznetsov, D.V. Іvanenko, E.P. Kolovanova “Perspective block cipher «Kalyna» modelling” Applied Radio Electronics, vol. 13, № 3, pp. 201–207, 2014.
Gorbenko I., Kuznetsov A., Lutsenko M. and Ivanenko D. The research of modern stream ciphers // 4th International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommu-nications. Science and Technology (PIC S&T), Kharkiv, pp. 207-210, 2017.
DSTU 7624:2014. Information Technology. Cryptographic protection of information. Algorithm of symmetric block transformation. [Text]. - Enter 01–07–2015. - K.: Ministry of Economic Development of Ukraine, 2015.
O. O. Kuznetsov, V. O. Frolenko, E. S. Yeromin, D. V. Ivanenko “Research of cross-platform implementations of stream symmetric ciphers” Radioengineering, № 193. – pp. 94–106, 2014.
Patrik Ekdahl, Thomas Johansson, Alexander Maximov, Jing Yang, A new SNOW stream cipher called SNOW-V, IACR Trans Symmetric Cryptol 2019 (3) (2019) 1–42, 10.13154/tosc.v2019.i3.1-42.
Information Technology. Cryptographic protection of information. Algorithm of symmetric flow transformation. DSTU 8845:2019, 2019.
Eisenbarth, T., Kumar, S., Paar, C., Poschmann, A. and Uhsadel, L., “A survey of lightweight-cryptography implementations” IEEE Design & Test of Computers, 24(6), pp. 522-533, 2007
Rinne S., Eisen-barth T., Paar C. “Performance Analysis of Contemporary Light-Weight Block Ciphers on 8-bit Microcontrollers” ECRYPT Workshop Software Perfor-mance Enhancement for Encryption and Decryption, pp. 33-43, 2007.
W. Diehl, F. Farahmand, P. Yalla, J. -P. Kaps and K. Gaj, "Comparison of hardware and software implementations of selected lightweight block ciphers," 2017 27th International Conference on Field Programmable Logic and Applications (FPL), Ghent, Belgium, 2017, pp. 1-4, doi: 10.23919/FPL.2017.8056808.
Mohammed El-Hajj, Ahmad Fadlallah, "Analysis of Lightweight Cryptographic Algorithms on IoT Hardware Platforms", 2022 32nd International Telecommunication Networks and Applications Conference (ITNAC), pp.121-126, 2022.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
