Hafif sıklet blok şifreleme algoritmalarının yazılım uygulaması ve başarım analizi
Software implementation and performance analysis of lightweight block cipher algorithms
Yazar: KÜBRA KURU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN SOYSAL
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Nesnelerin interneti = Internet of things

Özet:
Nesnelerin Interneti kavramı ile birlikte akıllı kartlar, sensör düğümleri, RFID etiketler gibi kısıtlı kapasiteye sahip uygulamaların kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bu durum bu uygulamalarda bilgi güvenliğinin sağlanması ve kriptografik koruma gereksinimlerini beraberinde getirmektedir. Bu cihazlardaki düşük güç tüketimi, düşük işlem gücü, dar iletişim bandı, düşük hafıza gibi kaynak kısıtları standart güvenlik çözümlerini bu cihazlarda uygulanamaz hale getirmektedir. Güvenlikten ödün vermeden kaynak kullanım maliyetini azaltan algoritmalar literatürde hafif sıklet kriptografi algoritmaları başlığı altında toplanmaktadır. Kaynak kısıtları bulunan cihazlarda kriptografik güvenlik amaçlarından olan gizliliği sağlamanın yollarından birisi hafif sıklet blok şifreleme algoritmalarının kullanımıdır. Tez çalışmasında PRESENT-80, PRESENT-128, SIMON 64/96 ve SPECK 64/96 hafif sıklet blok şifreleme algoritmalarının kaynak kısıtları bulunan 8-bit 8051 ve 16-bit 8086 mikrodenetleyicilere ait emülatörlerde yazılım uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Yazılım başarım analizi için yazmaç sayısı, kod boyutu, RAM/ROM boyutu, saat döngü sayısı, işlem süresi ve veri işleme hacmi yazılım metrikleri kullanılmıştır. Yapılan çalışmalarda bellek kullanımını (RAM/ROM boyutu metriği) en aza indirmek amaçlanmıştır. Düşük saat döngüsü sayısı ve düşük işlem süresi elde etmek ikinci hedef olmuştur. Literatürde gerçekleştirilen benzer çalışmalar ile karşılaştırıldığında, tez kapsamında yapılan uygulamalarda bellek kullanımı açısından daha iyi sonuçlar elde edildiği görülmüştür.

Abstract:
With the concept of the Internet of Things, the usage of applications with limited capacity such as smart cards, sensor nodes, RFID tags is increasingly common. This situation brings along the requirements of providing information security and cryptographic protection in these applications. Resource constraints such as low power consumption, low processing power, narrow communication bandwidth and low memory in these devices make standard security solutions inapplicable in these devices. Algorithms that reduce resource usage cost without compromising security are collected under the heading of lightweight cryptography algorithms in the literature. One of the ways to ensure privacy, which is one of the cryptographic security purposes, in devices with resource constraints is the using of lightweight block cipher algorithms. In the thesis study, software applications of PRESENT-80, PRESENT-128, SIMON 64/96 and SPECK 64/96 lightweight block cipher algorithms were implemented in emulators of 8-bit 8051 and 16-bit 8086 microcontrollers with resource constraints. For software performance analysis, the software metrics of register number, code size, RAM/ROM size, clock cycle number, execution time and throughput were used. In the studies, it is aimed to minimize the memory usage (RAM/ROM size metric). Achieving a low number of clock cycles and low processing time was the second goal. When compared with similar studies in the literature, it was seen that better results were obtained in terms of memory usage in the applications made within the scope of the thesis.