Một số thuật toán mật mã khối hiệu năng cao cho các thiết bị truyền thông không dây

Trong bài viết này sẽ trình bày vấn đề sử dụng mạng chuyển vị-thay thế điều khiển được (CSPN) dựa trên lớp phần tử điều khiển được (CE) F2/2 để xây dựng các thuật toán mật mã khối hiệu năng cao khi cài đặt trên FPGA. Dựa trên CE F2/2 để xây dựng một họ thuật toán mật mã khối tốc độ cao mới (TMN64 và TMN128).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một số thuật toán mật mã khối hiệu năng cao cho các thiết bị truyền thông không dâyNghiên cứu khoa học công nghệ MỘT SỐ THUẬT TOÁN MẬT MÃ KHỐI HIỆU NĂNG CAO CHO CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY Phạm Mạnh Tuấn*1, Đinh Phượng Trung2 Tóm tắt: Trong bài báo này sẽ trình bày vấn đề sử dụng mạng chuyển vị-thay thế điều khiển được (CSPN) dựa trên lớp phần tử điều khiển được (CE) F2/2 để xây dựng các thuật toán mật mã khối hiệu năng cao khi cài đặt trên FPGA. Dựa trên CE F2/2 để xây dựng một họ thuật toán mật mã khối tốc độ cao mới (TMN64 và TMN128). Việc đánh giá độ an toàn của các thuật toán TMN theo tiêu chuẩn NESSIE và thám mã vi sai đã chỉ ra rằng, các thuật toán đề xuất đảm bảo đủ an toàn. Các kết quả tổng hợp trên phần cứng (FPGA) đã chứng minh rằng TMN là các thuật toán rất hiệu quả dành cho các thiết bị không dây.Từ khóa: Mật mã khối; Tích hợp trên FPGA; Nguyên thủy mật mã; Thiết bị không dây. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện tại, các lớp bảo mật của công nghệ không dây vẫn sử dụng các thuật toán mật mãmà nó đã được chứng minh là chưa hoàn toàn phù hợp với giải pháp phần cứng và đặc biệtlà cho thiết bị không dây vì hầu hết các thuật toán mật mã sử dụng nhiều các biến đổi sốhọc và đại số phức tạp và không thích hợp cho các giải pháp phần cứng [1]. Đó là nguyênnhân tại sao các giải pháp mật mã khi tích hợp thường chiếm nhiều tài nguyên của hệthống. Vì vậy, trong nhiều trường hợp các ứng dụng phần mềm được phát triển để hỗ trợcác giải pháp mã hoá. Nhưng giải pháp phần mềm không thể phù hợp cho ứng dụng trêncác thiết bị không dây vì các ứng dụng trên các thiết bị này thường yêu cầu có tốc độ vàhiệu năng đặc thù [1, 2].Do đó, việc phát triển các thuật toán mật mã theo yêu cầu đảm bảotốc độ và có hiệu quả tích hợp cao, phù hợp triển khai trên phần cứng, đáp ứng nhu cầuthay khóa phiên thường xuyên, đảm bảo độ an toàn nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng caocủa các ứng dụng là rất cần thiết. Đối với các thuật toán mật mã dựa trên mạng chuyển vị - thay thế điều khiển được(CSPN) có thể được xây dựng dựa trên lớp các phần tử điều khiển được (controlledelements – CEs) – P2/1, F2/1 và F2/2 [1, 2]. Với ưu điểm của các CEF2/2[1, 3, 5,6], chúng chophép xây dựng các thuật toán mật mã có độ an toàn và hiệu quả tích hợp cao hơn so vớicác thuật toán dựa trên DDP [1,4]. Bởi vì tất cả các thuật toán mật mã dựa trên DDO đãcông bố [1, 2], chúng đều hướng tới thực hiện trên môi trường có tài nguyên hạn chế vàcác mạng tốc độ cao, vì vậy, tất cả các thuật toán này đều sử dụng lược đồ khóa đơn giản. Dựa trên lớp CE F2/2, trong bài báo này sẽ trình bày kết quả xây dựng họ thuật toán mậtmã khối tốc độ cao TMN (bao gồm 2 thuật toán TMN64 và TMN128). Các chứng minh,đánh giá về độ an toàn và hiệu quả của các thuật toán phát triển sẽ được trình bày tổng hợptrong bài báo. Các kết quả đánh giá nhận được sẽ chỉ ra rằng, họ thuật toán này hoàn toàncó thể sử dụng trong thực tiễn để ứng dụng trên các thiết bị truyền thông không dây. Họ thuật toán được phát triển với cấu trúc hoàn toàn tương tự nhau nhưng sử dụng ưunhược điểm về độ an toàn và hiệu năng thực hiện của kích thước khóa và dữ liệu được lựachọn khác nhau. Với việc lựa chọn kích thước khối dữ liệu được xử lý khác nhau (64 hoặc128 bit) và độ dài khóa bí mật khác nhau (128 hoặc 256 bit), cho phép chúng có thể ứngdụng trong các thiết bị có cấu hình và môi trường làm việc khác nhau. Phần còn lại của bài báo được trình bày như sau: trong phần 2 sẽ trình bày tổng quan vềcác lớp CE F2/2; Trong phần 3, sẽ trình bày về các kết quả xây dựng họ thuật toán mật mãkhối mới TMN sử dụng lược đồ khóa đơn giản; Trong phần 4, sẽ trình bày các kết quảTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 49, 06 - 2017 85 Kỹ thuật điều khiển & Điện tửđánh giá độ an toàn và hiệu quả tích hợp của thuật toán trên FPGA; Phần còn lại của bàibáo, sẽ mô tả các kết quả đạt được. 2. MÔ TẢ LỚP NGUYÊN THỦY MẬT MÃ F2/2 Các phần tử điều khiển được F2/2 được mô tả như trên hình 1. x1 x2 x1 x2 v v z z S1 S2 S3 S4 x1 x2 x1 x2 x1 x2 x1 x2 xj  xj   yi / vk ...