Đánh giá hiệu quả tích hợp của thuật toán mật mã khối cho mạng không dây trên chip FPGA

Trong bài viết này, ngoài việc giới thiệu về thuật toán mã khối song song BM123-128, chúng tôi tập trung mô tả cách thức mô phỏng thuật toán này trên Chip FPGA Virtex-6 số hiệu XC6VLX240T nhờ sự hỗ trợ của phần mềm Xillinx 14.7.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá hiệu quả tích hợp của thuật toán mật mã khối cho mạng không dây trên chip FPGA TNU Journal of Science and Technology 226(11): 357 - 364 ASSESSMENT OF THE INTEGRATED EFFICIENCY OF BLOCK CIPHER ALGORITHMS FOR WIRELESS NETWORKS ON A FPGA CHIP Do Thi Bac, Duong Thu May* TNU – University of Information and Comunication Technology ARTICLE INFO ABSTRACT Received: 20/7/2021 Currently, due to the advantage of high security, high-speed block ciphers built by Controlled Substitution Permutation Network, using Revised: 31/8/2021 Switchable Data Dependent Operation, are often chosen. However, Published: 31/8/2021 these algorithms need to be evaluated for integrated efficiency to ensure resource saving and power consumption reduction. Therefore, KEYWORDS in this paper, in addition to introducing the block cipher algorithm BM123-128, we focus on describing how to simulate this algorithm Wireless Network Security on the XC6VLX240T Virtex-6 FPGA Chip with the support of Controlled substitution Xillinx 14.7 software. The integrated efficiency of this algorithm has permutation network also been compared with some well-known algorithms of the same Switchable Data Dependent type such as EAGLE-128, CIKS-128, COBRAH128, Serpent under the same simulation conditions. Simulation results show that BM123- Operation 128 has 5 times better integration efficiency than COBRAH128 and Block cipher Serpent, 2 times better than CIKS-128. Field-programmable gate array ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ TÍCH HỢP CỦA THUẬT TOÁN MẬT MÃ KHỐI CHO MẠNG KHÔNG DÂY TRÊN CHIP FPGA Đỗ Thị Bắc, Dương Thu Mây* Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – ĐH Thái Nguyên THÔNG TIN BÀI BÁO TÓM TẮT Ngày nhận bài: 20/7/2021 Hiện nay, các thuật toán mật mã khối tốc độ cao được xây dựng bởi các cấu trúc mạng hoán vị thay thế điều khiển được, sử dụng thuật Ngày hoàn thiện: 31/8/2021 toán mã hóa dựa trên các toán tử phụ thuộc dữ liệu chuyển mạch, Ngày đăng: 31/8/2021 thường được lựa chọn do ưu điểm về tính bảo mật cao. Tuy nhiên, các thuật toán này cần phải được đánh giá về hiệu quả tích hợp để TỪ KHÓA đảm bảo việc tiết kiệm tài nguyên, giảm điện năng tiêu thụ. Vì vậy, trong bài báo này, ngoài việc giới thiệu về thuật toán mã khối song Bảo mật mạng không dây song BM123-128, chúng tôi tập trung mô tả cách thức mô phỏng Mạng hoán vị thay thế điều khiển thuật toán này trên Chip FPGA Virtex-6 số hiệu XC6VLX240T nhờ được sự hỗ trợ của phần mềm Xillinx 14.7. Hiệu quả tích hợp của thuật Toán tử phụ thuộc dữ liệu chuyển toán này cũng đã được so sánh với một số thuật toán nổi tiếng cùng mạch loại như EAGLE-128, CIKS-128, COBRAH128, Serpent trong cùng một điều kiện mô phỏng. Các kết quả mô phỏng cho thấy BM123- Mã mật khối 128 có hiệu quả tích hợp tốt gấp 5 lần COBRAH128 và Serpent, gấp Công nghệ FPGA 2 lần CIKS-128. DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.4787 * Corresponding author. Email:dtmay@ictu.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn 357 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(11): 357 - 364 1. Đặt vấn đề Ngày nay, mạng không dây đóng vai trò không thể thiếu trong các hoạt động hàng ngày của phần lớn các cá nhân và tổ chức. Trong các mạng không dây, nhu cầu an toàn thông tin ngày càng đòi hỏi được đáp ứng ở các mức độ cao hơn. Một trong những giải pháp hiệu quả là sử dụng mật mã để bảo mật dữ liệu [1]. Thuật toán mật mã trên mạng không dây có thể được thực thi bằng phần cứng hoặc phần mềm. Các thuật toán mật mã truyền thống sử dụng nhiều các phép toán số học và đại số nên không thích hợp cho tích hợp trên phần cứng. Tuy nhiên, điểm yếu khi thực hiện phát triển các thuật toán mã trên phần mềm là tốc độ thực hiện chậm hơn nhiều so với băng thông mạng. Vì vậy, với các mạng không dây băng rộng như hiện tại, mức độ bảo mật không phải là vấn đề quan trọng duy nhất. Việc phát triển các thuật toán mật mã còn đòi hỏi phải giảm chi phí tính toán, phù hợp với băng thông, tiết kiệm tài nguyên và giảm điện năng tiêu thụ. Do đó, thực thi các thuật toán mã khối dựa trên công nghệ FPGA là một hướng tiếp cận phù hợp [2]. Một trong những xu hướng xây dựng các thuật toán mật mã tốc độ cao cho các mạng không dây hiện nay là sử dụng thuật toán mã hóa dựa trên các toán tử phụ thuộc dữ liệu chuyển mạch (Switchable Data Dependent Operation - SDDO). Chúng được xây dựng bởi các cấu trúc mạng hoán vị thay thế điều khiển được (Controlled Substitution Permutation Network – CSPN), các cấu trúc này được tạo nên từ các phần tử nguyên thủy mật mã điểu khiển được F2/1 hoặc F2/2 đã được đề xuất trong [3]. Các thuật toán này đã được chứng minh thế mạnh về độ an toàn và hiệu quả tích hợp trên phần cứng [4]. Nhằm kết hợp ưu điểm hiệu quả tích hợp của SDDO với mô hình thiết kế CSPN. Trong [5], [6], chúng tôi đã đề xuất một thuật toán mật mã khối song song BM123-128. Đây là thuật toán mật mã khối có kích thước khối 128 bit với độ dài khóa là 128 bit hoặc 192 bit hoặc 256 bit. Như đã nói ở trên, thuật toán này cần ...