Modifiye edilmiş Blowfish şifreleme algoritmasının FPGA tabanlı gerçeklenmesi
FPGA based implementation of modified Blowfish encryption algorithm
Yazar: DOĞAN ALP ÇINARCIK
Danışman: DOÇ. DR. PEYMAN MAHOUTİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde teknolojik gelişmelerin hızının artmasına bağlı olarak bilgi güvenliğinin önemi her geçen gün artmaktadır. Bilgi güvenliğinin sağlanabilmesi için şifreleme algoritmalarına ihtiyaç duyulur. Şifreleme algoritmaları simetrik ve asimetrik şifreleme algoritmaları olmak üzere ikiye ayrılırlar. Hem donanım hem de yazılımda yaygın olarak kullanılırlar. Donanımsal şifreleme uygulamalarının yazılımsal şifreleme uygulamalarına göre en büyük avantajı işlem hızının daha yüksek olmasıdır. FPGA, şifreleme algoritmalarının yaygın olarak kullanıldığı donanımsal platformlardan biridir. Simetrik şifreleme algoritmaları asimetrik şifreleme algoritmalarına göre daha az kaynak kullanırlar ve daha hızlı çalışırlar. Bu yüzden büyük boyutlu verilerin şifrelenmesi için simetrik şifreleme algoritmaları daha fazla tercih edilirler. Simetrik şifreleme algoritmalarının karşılaştırılmasına yönelik yapılan çalışmalar incelendiğinde performans açısından en üstün olan algoritmanın Blowfish olduğu belirlenmiştir. Blowfish performans açısından üstün bir şifreleme algoritması olmasına rağmen güvenlik seviyesi açısından günümüzde en yaygın olarak kullanılan AES şifreleme algoritmasının gerisinde kalmaktadır. Çünkü Blowfish algoritmasında şifreleme işleminde 64 bit boyutunda blok kullanılırken AES algoritmasında 128 bit boyutunda blok kullanılır. Şifreleme algoritmalarının blok boyutu ne kadar büyük olursa saldırılara karşı o kadar dirençli olurlar. Bu yüzden Blowfish'in kullanımı boyutu 4 GB'ten küçük dosyalar için tavsiye edilirken AES için böyle bir sınırlama bulunmamaktadır. Bu çalışmada AES'e karşı güçlü bir alternatif olması için güvenlik seviyesi artırılarak modifiye edilmiş bir Blowfish şifreleme algoritmasının FPGA tabanlı tasarımı yapılmıştır. Yapılan tasarımın yüksek hızlı olması ve optimum kaynak kullanması için gerekli optimizasyon yapılmıştır. Elde edilen performans ve verim sonuçları literatürdeki benzer çalışmaların sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.

Abstract:
As the pace of technological advancements increases, the importance of information security grows day by day. Encryption algorithms are needed to ensure information security. Encryption algorithms are divided into symmetric and asymmetric encryption algorithms. They are widely used in both hardware and software. The biggest advantage of hardware encryption applications over software encryption applications is their higher processing speed. FPGA is one of the hardware platforms commonly used for encryption algorithms. Symmetric encryption algorithms use fewer resources and operate faster compared to asymmetric encryption algorithms. Therefore, symmetric encryption algorithms are more preferred for encrypting large amounts of data. When studies comparing symmetric encryption algorithms are examined, it is determined that Blowfish is the algorithm with the highest performance. Although Blowfish is a superior encryption algorithm in terms of performance, it lags behind the AES encryption algorithm, which is the most widely used today, in terms of security level. Because the Blowfish algorithm uses a block size of 64 bits for encryption, whereas the AES algorithm uses a block size of 128 bits. The larger the block size of encryption algorithms, the more resistant they are to attacks. Therefore, the use of Blowfish is recommended for files smaller than 4 GB due to its block size, whereas AES does not have such a limitation. In this study, a modified Blowfish encryption algorithm with increased security level was designed for FPGA to provide a strong alternative to AES. The design has been optimized to achieve high speed and efficient resource utilization. The obtained performance and efficiency results have been compared with the results of similar studies in the literature.