Ανάλυση και υλοποίηση κρυπτογραφικού αλγορίθμου Hummingbird: Προσομοίωση κρυπτογράφησης και αποκρυπτογράφησης σε υλικό με γλώσσα VHDL
Creators: name: Μάμμου, Σταυρούλα Εμμανουήλ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Κρυπτογραφικός αλγόριθμος Hummingbird
Κρυπτογραφία
Γλώσσα υλικού VHDL
Cryptographic algorithm Hummingbird
Cryptography
Hardware decryption language VHDL

description: Σήμερα, όλο και μεγαλύτερη είναι η ανάγκη των ανθρώπων, των οργανισμών και γενικότερα του κόσμου, για προστασία των δεδομένων τους και η ασφαλής διακίνηση των πληροφοριών σε κάθε επικοινωνία. Επιπλέον, η συνεχής επέκταση των δικτύων καθιστά ακόμη πιο δύσκολη την ανάγκη της ασφαλούς επικοινωνίας. Τα προβλήματα αυτά καλείται να αντιμετωπίσει ο κλάδος της κρυπτογραφίας, με πλήθος αλγορίθμων και τεχνικών που μετατρέπουν το περιεχόμενο της επικοινωνίας σε μη αναγνώσιμη μορφή από οποιονδήποτε άλλο εκτός του νόμιμου παραλήπτη. Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας, είναι η πλήρης παρουσίαση όλων των σταδίων εκτέλεσης ενός από τους πολλούς κρυπτογραφικού αλγορίθμους, του αλγορίθμου Hummingbird και η υλοποίηση του σε επίπεδο υλικού, συγκεκριμένα στην γλώσσα υλικού VHDL. Για την κατανόηση του τρόπου που λειτουργεί ο αλγόριθμος στα πρώτα κεφάλαια της εργασίας γίνεται αναφορά στην επιστήμη της κρυπτογραφίας, στις κατηγορίες που χωρίζεται και οι διαφοροποιήσεις αυτών, καθώς και στις βασικές της έννοιες. Στην συνέχεια επισημαίνεται η κατηγορία της lightweight κρυπτογραφίας που ανήκει ο Hummingbird αλλά και οι τεχνικές κρυπτογράφησης που εφαρμόζονται στον αλγόριθμο. Ακολουθεί λεπτομερής ανάλυση των διαδικασιών αρχικοποίησης, κρυπτογράφησης και αποκρυπτογράφησης του Hummingbird, με βήματα. Σημαντική θέση στην εφαρμογή του αλγορίθμου καταλαμβάνει η κρυπτογράφηση και αποκρυπτογράφηση τμήματος, στην οποία περιλαμβάνονται οι κρυπτογραφικές τεχνικές της αντικατάστασης με Sbox και της μετάθεσης με γραμμική ολίσθηση. Επίσης, ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί τον τεχνική του καταχωρητή ολίσθησης με γραμμική ανάδραση ή όπως είναι γνωστός στην κρυπτογραφία LFSR. Με βάση όσα αναλύθηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, υλοποιήθηκαν όλες οι τεχνικές και διαδικασίες του Hummingbird στην VHDL, με την βοήθεια του προγράμματος της εταιρείας Xilinx. Η προσομοίωση της υλοποίησης περιέχει κυκλώματα και κώδικα, τα οποία ελέγχθηκαν με παραδείγματα. Τα κυκλώματα, οι κώδικες και η εκτέλεση των προσομοιώσεων παρουσιάζονται στο κεφάλαιο 5 της παρούσα εργασίας. Τέλος στο τελευταίο κεφάλαιο, έχουμε τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από την πορεία της υλοποίησης του αλγορίθμου και από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, αλλά και προτάσεις για μελλοντικές υλοποιήσεις του Hummingbird που μπορούν να προσφέρουν βελτίωση και της συγκεκριμένης υλοποίησης. (Κεφάλαιο 6)
description: The ongoing changes in networks and the need for safety between the exchange information and data in communications are issues that the science of Cryptography has to deal with. Cryptography includes a large number of algorithms and techniques that makes the content of communication non readable for others, except for legal receiver. Consequently, the sender is ensured that the communication is secure and accomplished with safety. In the present thesis, after an extensive presentation of the basic categories and techniques of cryptography, the Hummingbird algorithm is analyzed. The Hummingbird is a lightweight cryptographic algorithm, which consist of 3 stages of execution, the Initialization Process, the Encryption Process and the Decryption Process. All this processes includes stream cipher and block cipher encryption or decryption techniques, such as transpotition with linear transform substitution with Sbox. Also the Hummingbird algorithm deploys the benefits of the extra safety that provides the linear feedback register, known as LFSR technique. In chapter 5, is presented the implementation in a hardware description language, in particular VHDL, of each content and process of Hummingbird algorithm, which analyzed in the previous chapter. Subsequently, the circuits and the codes of this implementation are simulated and tested with lot of inputs. In the final section of this chapter reported extensively 2 of the examples of simulation with the exact inputs and outputs in bit strings and in wavelengths, which generated by Xilinx ISE design suite program tool. Finally, in the last chapter of the thesis (Chapter 6), impress the future work on the Hummingbird algorithm and the possible improvement or upgrade of the thesis implementation to the reader