Efficient hardware architectures for cryptographic algorithms used in computer and communication systems
Haberleşme ve bilgisayar sistemlerinde kullanılan kriptografik algoritmalar için verimli donanım mimarileri
- Tez No: 367755
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. NURAY AT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Bilgisayar donanımları, Devre tasarımı, FPGA, Kriptografi, Mikrobilgisayarlar, Hardware, Circuit design, FPGA, Cryptography, Microcomputers
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Anadolu Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Modern kriptografi matematik, elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimini içinde barındıran--bilgi sistemleri için güvenlik hizmetlerinin basit ögelerini sunan önemli bir disiplindir. Günümüzde, daha önemli olan kriptografi temellerinin nasıl uygulandığı ve kullanıldığıdır. Bu temel birimler hesaplama açısından karmaşık olan bir dizi matematiksel dönüşümü önemli ölçüde içinde barındırır ve hesaplama verimliliği sorunlarıyla karşı karşıyadır. Bilgisayar ve iletişim sistemlerinde güvenlik düzeylerini artırmak muazzam seviyede çarpma işlemi ya da hesaplama karmaşıklığını daha kötü hale getiren yüz basamak büyüklüğünde ya da daha büyük boyutta olan anahtarlar kullanan algoritmaları gerçekleştirmeyi gerektirir. Bu tezde, hesaplama verimliliği zorluklarının üstesinden gelmek amacıyla, bilişim sistemlerine güvenlik fonksiyonu kazandırmada gerekli olan kriptografik algoritmalar için çeşitli verimli donanım mimarileri önerilmiştir. Kaynak paylaşımı, verimli bellek erişim düzeni ve sıkı zamanlama gibi kavramları içinde barındıran önerilen tasarım teknikleri sayesinde, simetrik ve asimetrik kriptografiyide içeren birçok türde kriptografi algoritma için özgün verimli yardımcı işlemciler geliştirilmiştir. Önerilen yardımcı işlemciler artan sistem gereksinimleriyle ortaya çıkan zorluklarla başa çıkmaya ve maliyetler ve hesaplama performansı arasında daha iyi denge bulmaya odaklanır. Önerilen mimariler analiz edilmiş ve alan, frekans ve çıktı ölçütlerinden oluşan donanım performans ölçütleri esas alınarak kıyaslanmıştır. Yapılan karşılaştırma ve deney sonuçları uygulanan metodun bir çok uygulama için yeterli bir çıktı performansı ile birlikte çok düşük alan gereksinim özelliklerini göstermektedir. Sonuçlar aynı zamanda çalışılan kriptografik algoritmaların hesaplama verimliliği hakkında daha derin bir anlayış ortaya koymaktadır. Bu algoritmalar için verimli donanım mimarileri tasarımı verimlilik sorunları çözer ve algoritma içindeki paralelliği ortaya çıkarır.
Özet (Çeviri)
Modern cryptography is an important discipline, which involves the disciplines of mathematics, electrical engineering and computer science, that provides the primitives of security services to information systems. Today, more important is how the fundamentals of cryptography are implemented and used. They involve significantly a series of computationally complex mathematical transformations and suffer from computational efficiency problems. Improving the security levels in computer and communication systems involves huge multiplications or performing the algorithm with longer key that might be a hundred digits long or longer, which make the computational complexity worse. In this dissertation, diverse efficient hardware architectures are proposed for a set of cryptographic algorithms, which are necessary to provide security functions to those systems, in order to overcome the computational efficiency challenges. Through the proposed design techniques, which accommodate resource sharing, efficient memory access scheme and tight scheduling, novel compact coprocessors are developed for many kinds of ciphers in symmetric and asymmetric cryptography. The proposed coprocessors focus on finding better trade-off between cost and performance and overcome the challenges introduced by the growing system needs. The proposed architectures are analyzed and compared based on hardware performance metrics consisting of area, frequency and throughput measures. The experimental results and comparisons show that the methods require very low-area with adequate throughput values for many applications. They also reveal a deeper understanding of the computational efficiency of studied cryptographic algorithms. Designing efficient hardware architectures for those algorithms solves the efficiency issues and reveals the parallelism behind the algorithm.
Benzer Tezler
- SPN ve feistel ağına dayalı hibrit hafif şifreleme algoritması tasarımı
Design of a hybrid lightweight encryption algorithm design based on SPNand feistel network
ABDULLAH JAMOUS
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiSiber Güvenlik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIRMA YAVUZ
- Yeni kripto para geliştirme yöntemi
New cryptocurrency development methodology
HIDAYATULLAH ARGHANDABI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Aydın ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ PERİ GÜNEŞ
- Gömülü sistemler için hafif sıklet güvenlik çözümleri: Yeni puf mimarisi, trng yöntemleri ve optimize edilmiş anahtar kapsülleme mekanizması
Lightweight security solutions for embedded systems: New puf arhitecture, trng methods, and optimized key encapsulation mechanism
OĞUZ NARLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKocaeli ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELTEM KURT PEHLİVANOĞLU
- Efficient hardware implementations for lattice-based cryptography primitives
Kafes-tabanlı kriptografi öğeleri için verimli donanım uygulamaları
AHMET CAN MERT
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDİNÇ ÖZTÜRK
- Efficient FPGA implementations for homomorphic encryption operation of CKKS scheme
CKKS şemasının homomorfik şifreleme işlemleri için verimli FPGA uygulamaları
CAN AYDUMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAY SAVAŞ