Geri Dön

A Hardware Efficient Elliptic Curve Accelerator for FPGA Based Cryptographic Applications

FPGA tabanlı kriptografik uygulamalar için Verimli bir Eliptik EgriHızlandırıcı Donanımı

  1. Tez No: 751430
  2. Yazar: MUHAMMAD KASHIF
  3. Danışmanlar: DR. Department. MEMBER OF İHSAN ÇİÇEK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Marmara Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Asimetrik kriptografik algoritmalar yeni ortaya çıkan Nesnelerin interneti, kablosuz sensör agları, bulut bilisim ve radyo frekansı tanımlama gibi bilgi güvenligi uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yaygın olarak tanınan bir asimetrik sifreleme algoritması olan eliptik egri sifrelemesi (EES), kısıtlı kaynaga sahip olan gömülü sistem uygulamalarında bilgi alısverisi için güvenli bir ortam saglar. eliptik egri sifreleme hem yazılım hem de onanımda gerçeklenebilir ancak daha yüksek güvenlik saglaması nedeniyle donanım daha çok tercih edilmektedir. Temel eliptik egri sifreleme aritmetigi hesaplamalı olarak çok karmasık oldugu ve eliptik egri skaler çarpımı hesaplanması için yüksek performanslı özel bir donanıma ihtiyaç vardır. Polinom temeline dayalı Galois ikili alanları kullanan standart NIST egrisi üzerinde skaler çarpımı gerçeklestirmek için bir eliptik egri kripto hızlandırıcısı tasarımı ver donanım gerçeklemesini sunuyoruz. Önerilen kripto hızlandırıcı mimarisi, verimli donanım kullanımı ve güç tüketimi saglamak için tasarlanmıstır. Bu amaçla, standart Karatsuba çarpıcısı ve kaydır-ve-topla tipi çarpma algoritmaları kullanılarak karma bir sonlu alan çarpıcısı mimarisi önerilmistir. Önerilen hibrit sonlu alan çarpanı, m-bit anahtar uzunlugu için (m/2) saat döngüsünde bir sonlu alan çarpımını gerçeklestirebilir. Skaler çarpımının hesaplanması için, projektif koordinatlara sahip Montgomery algoritması (Lopez-Dahab) kullanılmıstır. Son olarak, önerilen mimari Verilog donanım tanımlama dilinde modellenmistir ve farklı sahada programlanabilir sayısal kapı aygıtları için Xilinx Vivado ve ISE tasarım yazılımı kullanılarak yerlestirme ve serim sonrası seviyesine kadar gerçeklenmistir. Elde edilen sonuçlar, düsük alan ve düsük güç donanımı ve nispeten daha yüksek hız gerektiren, kısıtlı kaynaga sahip gömülü sistem uygulamaları için önerilen eliptik egri sifreleme hızlandırıcısının uygunlugunu göstermektedir. Önerilen sifreleme aracı, islevsel dogrulama için Xilinx tarafından saglanan sentezlenebilir islemcili bir IP çekirdegi olan Microblaze ile entegre edilerek dogrulanmıstır.

Özet (Çeviri)

Asymmetric cryptographic algorithms are extensively employed in emerging information security applications such as Internet-of-Things, wireless sensor networks, cloud computing, and radio frequency identification. As a widely recognized asymmetric cryptographic algorithm, elliptic curve cryptography (ECC) provides a secure environment for information exchange in resource constrained embedded applications. Both software and hardware implementations of ECC are possible, but because of higher security provision, hardware is more preferred. Since the underlying ECC arithmetic is computationally very complex, there is a need of dedicated hardware with high performance for the computation of elliptic curve scalar multiplication. In this work, we present an elliptic curve crypto-accelerator for the implementation of scalar multiplication for the NIST recommended elliptic curves over Galois binary fields by using polynomial basis. The proposed crypto-accelerator is designed to provide efficient hardware utilization and power consumption. For this purpose, a hybrid finite field multiplier is proposed using the standard Karatsuba multiplier and shift-and-add multiplication algorithms. The proposed hybrid finite field multiplier is capable of performing one finite field multiplication in m/2 clock cycles, with m being the key-length. For the computation of the scalar multiplication, Montgomery algorithm with projective coordinates (Lopez-Dahab) has been used. Finally, the proposed architecture has been modeled in Verilog HDL and implementations up to post place and route level have been carried out using the Xilinx Vivado and ISE design software for different FPGA devices. The achieved results demonstrate the convenience of the proposed ECC accelerator for resource constrained embedded system applications which require low area and low power hardware and relatively higher speed. The proposed crypto-accelerator has been integrated with Microblaze-a soft processor IP core provided by Xilinx for functional verification.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    179343

    An efficient hardware implementation of the tate pairing in characteristic three

    Karakteristik üç üzerınde ?tate pairing? protokolunu uygulayan güçlü bır donanım tasarımı

    GİRAY KÖMÜRCÜ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

    DOÇ. DR. ERKAY SAVAŞ

    PROF. DR. GÜNHAN DÜNDAR

  2. Tez No

    309352

    Compact, flexible and fast coprocessor design for elliptic curve pairing operation on reconfigurable hardware

    FPGA üzerinde eliptik eğri pairing operasyonu için esnek, kompakt ve hızlı işlemci tasarımı

    ERTUĞRUL MURAT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı Üniversitesi

    Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERKAY SAVAŞ

  3. Tez No

    444561

    Design and implementation of a constant-time fpga accelerator for fast elliptic curve cryptography

    Hızlı eliptik eğri kriptografi için sabit zamanlı, alanda programlanabilir kapı dizileri hızlandırıcısının tasarımı ve gerçeklenmesi

    ATIL UTKU AY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı Üniversitesi

    Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERKAY SAVAŞ

  4. Tez No

    864196

    Hardware design of K2RED modular multiplication algorithm used in number theoretic transform for post quantum cryptography and homomorphic encryption

    Post kuantum kriptografi ve homomorfik şifreleme için sayı teorik dönüşümünde kullanılan K2RED modüler çarpma algoritmasının donanım tasarımı

    FURKAN CAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN

  5. Tez No

    216487

    A High performance arithmetic library to implement various cryptographic algorithms

    Yüksek performanslı bir aritmetik işlem kütüphanesinin geliştirilmesi ve bu kütüphanenin çeşitli kriptografik algoritmaların yazılmasında kullanılması

    BAYRAM KULİYEV

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolFatih Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. TUĞRUL YANIK

Geri Dön