The subject of this thesis is the study of cryptographic hash functions, which utilize block ciphers as underlying chain functions. It is mainly concerned with the analysis of the three hash algorithms, the Whirlpool, Gr&oslash / stl and Grindahl. All these hash functions have underlying block ciphers that are modified versions of the Advance Encryption Standard and we investigate the behavior of these block ciphers under the integral attack. Statistical tests, such as the avalanche test and the collision test, are the regular tools for examining the hash function security. In this work, we inspect the statistical behavior the three hash functions and search for collisions. Although it is very difficult to obtain collisions for the actual algorithms, we find some collisions under slight modifications of the original constructions. The ease or difficulty of finding a collision for a modified version also shows the respective importance of the specific hash function branch, missing in the modified version.

Computer forensics has become an important technology in providing evidence in investigations of computer misuse, attacks against computer systems and more traditional crimes like money laundering and fraud where digital devices are involved. Investigators frequently perform preliminary analysis at the crime scene on suspects‟ devices to determine the existence of any inappropriate materials such as child pornography on them and conduct further analysis after the seizure of computers to glean leads or valuable evidence. Hence, it is crucial to design a tool which is portable and can perform efficient instant analysis. Many tools have been developed for this purpose, such as Computer Online Forensic Evidence Extractor (COFEE), but unfortunately, they become ineffective in cases where forensic data has been removed. In this thesis, we design a portable forensic tool which can be used to compliment COFEE for preliminary screening to analyze unallocated disk space by adopting a space efficient data structure of fingerprint hash tables for storing the massive forensic data from law enforcement databases in a flash drive and utilizing hash tree indexing for fast searching. We also apply group testing to identify the fragmentation point of the file and locate the starting cluster of each fragment based on statistics on the gap between the fragments. Furthermore, in order to retrieve evidence and clues from unallocated space by recovering deleted files, a file structure based carving algorithm for Windows registry hive files is presented based on their internal structure and unique patterns of storage. / UOIT

We present a distributed data structure, which we call "RootChord". To our knowledge, this is the first distributed hash table which is able to adapt to changes in the size of the network and answer lookup queries within a guaranteed two hops while maintaining a routing table of size Theta(sqrt(N)). We provide pseudocode and analysis for all aspects of the protocol including routing, joining, maintaining, and departing the network. In addition we discuss the practical implementation issues of parallelization, data replication, remote procedure calls, dead node discovery, and network convergence.

We present a distributed data structure, which we call "RootChord". To our knowledge, this is the first distributed hash table which is able to adapt to changes in the size of the network and answer lookup queries within a guaranteed two hops while maintaining a routing table of size Theta(sqrt(N)). We provide pseudocode and analysis for all aspects of the protocol including routing, joining, maintaining, and departing the network. In addition we discuss the practical implementation issues of parallelization, data replication, remote procedure calls, dead node discovery, and network convergence.

A digital signature technique has evolved into varies digital signature schemes in different application environments. In general, a digital signature consists of a random number and a hash function in addition to signing function. The random number can be used to provide the randomization of digital signatures. The hash function can be used for generating a message digest that has a fix length and is convenient for signing. The random number that hides in the digital signature is a useful factor. If we can use this factor well, then the digital signature can carry the other secret messages. On the basis of the concept of a subliminal channel proposed by Simmon, we have proposed multiple subliminal channels that can carry more than one subliminal message to different subliminal receivers. Furthermore, by using the concept of a subliminal channel, we can use the random number as another secure parameter of the digital signature. This concept leads to a forward-secure digital signature with backward-secure detection when the subliminal channel is embedded in the signature. We have proposed a forward-backward secure digital signature. A hash function is an important tool for generating a message digest. The hash function used in a signature must be one-way and collision resistant. A signing message will map to a message digest via a hash function. In recent years, several chameleon hash functions have been proposed. A chameleon hash function is a trapdoor one-way hash function that prevents everyone except the holder of the trapdoor key from computing the collisions for a randomly given input. There are various studies that apply the chameleon hash function to online/offline digital signatures and sterilization signatures. In this thesis, we apply this concept to a network secure gateway. We have achieved fast blind verification for an application gateway, such as a firewall. Further, we propose triple-trapdoor chameleon hash function and apply to vehicle owenship identification scheme. We have achieved the fast identification for vehicle ownership without connect to online database. We also have proposed threshold chameleon hash function and achieved that the collision will control under the threshold value. The trapdoor information will be exposed after the number of collision has accomplished.

Die Zope Object Database, kurz ZODB, ist eine Open-Source-Datenbank für Python. Im Gegensatz zu den meisten relationalen Datenbanken verfügt die ZODB allerdings nicht über eine Anfragesprache zur gezielten Selektion von Objekten. <br /> Aufgabe dieser Diplomarbeit ist es, effiziente Ad-Hoc-Anfragemöglichkeiten zu evaluieren und eine geeignete als Zusatzprodukt in Python zu implementieren. <br /> Folgende Themen sind zu bearbeiten: <ul> <li>Vergleich und Auswahl einer Anfragesprache für Objektgraphen</li> <li>Auswahl von Indexstrukturen zur Unterstützung der gewählten Anfragesprache</li> <li>Implementation eines Zusatzprodukts zur ZODB, die eine Anfragesprache sowie unterstützende Indizes bereitstellt</li> <li>Testen und Bewerten der Implementierung</li> </ul>

Στη παρούσα διδακτορική διατριβή του κ. Χαράλαμπου Μιχαήλ με τίτλο «Βελτιστοποίηση Επαναπροσδιοριζόμενων Αρχιτεκτονικών για Απόδοση και Κατανάλωση Ενέργειας για Κρυπτογραφικές Εφαρμογές και Εφαρμογές Κυριαρχούμενες από Δεδομένα» προτείνονται, αναπτύσσονται και μελετώνται αποδοτικές τεχνικές βελτιστοποίησης της απόδοσης ή/και της κατανάλωσης ενέργειας για κρυπτογραφικές εφαρμογές καθώς και εφαρμογές κυριαρχούμενες από δεδομένα που υλοποιούνται σε ενσωματωμένες πλατφόρμες ειδικού σκοπού. Συνολικά, οι προτεινόμενες τεχνικές μελετήθηκαν για τις διάφορες παραμέτρους που έχουν και συνολικά οδήγησαν στην διαμόρφωση της προτεινόμενης γενικής μεθοδολογίας βελτιστοποίησης των κρυπτογραφικών και λοιπών εφαρμογών κυριαρχούμενων από δεδομένα. Τα θεωρούμενα συστήματα στοχεύουν σε αριθμητικά απαιτητικές εφαρμογές και προέκυψαν εντυπωσιακές βελτιστοποιήσεις ειδικά δε στην απόδοση συγκεκριμένων κρυπτογραφικών εφαρμογών όπως οι συναρτήσεις κατακερματισμού και ανάμειξης (hash functions) και κατά συνέπεια και των αντίστοιχων κρυπτογραφιών μηχανισμών στους οποίους αυτές χρησιμοποιούνται. Πρωταρχικός σχεδιαστικός στόχος είναι η αύξηση της ρυθμαπόδοσης σχεδιάζοντας κρυπτογραφικές εφαρμογές για διακομιστές υπηρεσιών ή γενικότερα εφαρμογές κυριαρχούμενες από δεδομένα. Λαμβάνοντας επίσης υπόψη το γεγονός ότι η κρυπτογραφία αποτελεί σήμερα –πιο πολύ παρά ποτέ- ένα αναγκαίο και αναντικατάστατο συστατικό της ανάπτυξης ηλεκτρονικών υπηρεσιών μέσω διαδικτύου και της εν τέλει μετάβασης της ανθρωπότητας στο νέο οικονομικό μοντέλο της «ηλεκτρονικής οικονομίας» είναι προφανής η σημασία της προτεινόμενης μεθοδολογίας και των αντίστοιχων σχεδιασμών που προκύπτουν. Η ολοκλήρωση των κρυπτογραφικών συστημάτων ασφαλείας σε υλικό είναι σχεδόν αναγκαία για τα ενσωματωμένα συστήματα κρυπτογράφησης. Τα πλεονεκτήματα που έχουμε είναι η υψηλή απόδοση, η μειωμένη κατανάλωση ισχύος με μειονέκτημα το κόστος της ολοκλήρωσης σε υλικό. Νέες τεχνολογίες όπως FPGAs (Field-Programmable Gate Array), επιτρέπουν την πιο εύκολη ολοκλήρωση του αλγορίθμου και την ανανέωση - αντικατάστασή του από νεώτερους-βελτιωμένους. Ήδη τα τελευταίας γενιάς FPGAs τείνουν να έχουν τις ιδιότητες των ASICs (Application-Specific Integrated Circuit) -μειωμένη κατανάλωση ισχύος, υψηλή απόδοση, και ρύθμιση της λειτουργικότητας ανάλογα την εφαρμογή. Ένα άλλο πλεονέκτημα των υλοποιήσεων σε υλικό είναι πως από την φύση τους είναι λιγότερο ευαίσθητο σε επιθέσεις κρυπτανάλυσης ενώ μπορούν ευκολότερα να ενσωματώσουν πολιτικές αντιμετώπισης κρυπταναλυτικών τεχνικών . Ερευνητική Συνεισφορά Ανάπτυξη και μελέτη τεχνικών βελτιστοποίησης που οδηγούν σε σχέδια με πολύ υψηλή ρυθμαπόδοση και περιορισμένο κόστος σε επιφάνεια ολοκλήρωσης για κρυπτογραφικές και υπολογιστικά απαιτητικές εφαρμογές Αναπτύσσονται και αναλύονται όλες οι επιμέρους τεχνικές που αξιολογήθηκαν κατά την εκπόνηση της εν λόγω διδακτορικής διατριβής και χρησιμοποιούνται για την βελτιστοποίηση των σχεδίων σε υλικό. Μελετώνται οι παράμετροι εφαρμογής ανάλογα με την υφή της κάθε τεχνικής και τα τιθέμενα σχεδιαστικά κριτήρια, τα οποία εξαρτώνται από τα επιθυμητά χαρακτηριστικά των σχεδίων σε υλικό καθώς και από τις εν γένει προδιαγραφές τους ανάλογα με τον εκάστοτε σχεδιαστικό στόχο. Ανάπτυξη και μελέτη «πάνω-προς-τα-κάτω» μεθοδολογίας βελτιστοποίησης των σχεδίων που οδηγούν σε πολύ υψηλή ρυθμαπόδοση και περιορισμένο κόστος σε επιφάνεια ολοκλήρωσης για κρυπτογραφικές και υπολογιστικά απαιτητικές εφαρμογές Αναπτύσσεται ολοκληρωμένη και δομημένη συνολική μεθοδολογία βελτιστοποίησης σχεδίων, με βάση τις επιμέρους τεχνικές που παρουσιάστηκαν και αναλύθηκαν, που οδηγεί σε γενική μεθοδολογία η οποία είναι εφαρμόσιμη σε όλες σχεδόν τις συναρτήσεις κατακερματισμού για τις οποίες καταφέρνει να παράγει σχέδια υψηλής απόδοσης με περιορισμένο κόστος σε επιφάνεια ολοκλήρωσης. Ταυτόχρονα, αναλύονται τα θεωρητικώς αναμενόμενα οφέλη από την κάθε επιμέρους τεχνική βελτιστοποίησης καθώς και από την συνολική εφαρμογή της μεθοδολογίας βελτιστοποίησης του σχεδιασμού σε υλικό ανάλογα με την επιλεχθείσα τιμή των παραμέτρων της κάθε εφαρμοζόμενης τεχνικής. Ανάπτυξη σχεδίων σε υλικό πολύ υψηλής βελτιστοποίησης για τις συναρτήσεις κατακερματισμού SHA-1 και SHA-256 Παρουσιάζεται η διαδικασία βελτιστοποίησης του σχεδιασμού σε υλικό των δυο πιο σημαντικών συναρτήσεων κατακερματισμού αναφέροντας σε κάθε περίπτωση τα επιμέρους κέρδη, καθώς και την συνολική βελτίωση που επιτεύχθηκε με την εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας. Οι δύο συναρτήσεις είναι οι SHA-1 (η πιο δημοφιλής συνάρτηση κατακερματισμού στις σημερινές εφαρμογές) και SHA-256 (που αναμένεται να χρησιμοποιηθεί ευρύτατα στο μέλλον παρέχοντας υψηλότερο επίπεδο ασφάλειας). Υλοποιήσεις σε συγκεκριμένες επαναπροσδιοριζόμενες αρχιτεκτονικές συγκρίνονται με αντίστοιχες που έχουν προταθεί ερευνητικά ή είναι εμπορικά διαθέσιμες, αποδεικνύωντας την υπεροχή των προτεινόμενων σχεδίων. Έτσι προκύπτουν σχέδια πολύ υψηλής ρυθμαπόδοσης (τουλάχιστον 160% βελτιωμένοι σε σχέση με συμβατικές υλοποιήσεις) με περιορισμένο κόστος σε επιφάνεια ολοκλήρωσης (λιγότερο από 10% σε επίπεδο συνολικού κρυπτογραφικού συστήματος στην χειρότερη περίπτωση σε σχέση με συμβατικές υλοποιήσεις), βελτιστοποιώντας τον σχεδιαστικό παράγοντα «απόδοση x επιφάνεια ολοκλήρωσης» σε σχέση με άλλες εμπορικές ή ακαδημαϊκές υλοποιήσεις. / In this Ph.D dissertation, certain design techniques and methodologies, for various hardware platforms, aiming to boost performance of cryptographic modules and data intensive applications are presented. This way we manage to obtain hardware designs with extremely high throughput performing much better that anyone else that has been previously proposed either by academia or industry. Taking in consideration the rapid evolution of e-commerce and the need to secure all kind of electronic transactions, it is obvious that there is a great need to achieve much higher throughputs for certain cryptographic primitives. Especially in IPv6, HMAC etc it is crucial to design hash functions that achieve the highest degree of throughput since hashing is the limiting factor in such security schemes. The proposed methodology achieves to tackle this problem achieving to offer design solutions for hashing cores that can increase their throughput up to 160%. The proposed methodology is generally applicable to all kind of hash functions and this is a main characteristic of its importance. The proposed techniques and methodologies go far beyond from just unrolling the rounds of the algorithm and/or using extended pipelining techniques. It offers an analysis on these techniques while at the same time proposes some new, which all together form a holistic methodology for designing high-throughput hardware implementations for hash functions or other data intensive applications. These designs that can achieve high throughput rates are appropriate for high-end applications that are not constrained in power consumption and chip covered area. The main contributions of this PhD thesis involve: Developing and study of certain optimizing techniques for increasing throughput in cryptographic primitives and data intensive applications Certain design techniques that can take part in a generic methodology for improving hardware performance characteristics are proposed and studied. This study has been conducted in terms of each technique’s parameters and certain design criteria are mentioned in order to choose their values. These design criteria depend on the intended hardware characteristics, specifications and available hardware resources for the cryptographic primitive or data intensive application. Developing and study of top-down methodology for increasing throughput in cryptographic primitives and data intensive applications Techniques that were previously proposed and analyzed are merged in order to form propose a top-down methodology able to boost performance of cryptographic primitives and data intensive applications. Design parameters are studied in order to propose various design options with the default one being achieving the highest degree of throughput maintaining the best throughput/area ratio. The proposed methodology can significantly increase throughput of hardware designs leading theoretically even to 160% increase of throughput with less than 10% cost in integration area for the whole cryptographic system. Highly optimized hardware designs for the two main hash functions: SHA-1 and SHA-256 with high-throughput properties. In this contribution high throughput designs and implementations are proposed concerning the two most widely used hash functions SHA-1 and SHA-256. SHA-1 is currently the most widely deployed hashing function whereas SHA-256 has started to phase out SHA-1 due to security issues that have recently been reported. These two designs also serve as case studies for the application of the proposed methodology aiming to increase throughput in cryptographic modules and data intensive applications. Our implementation does not only increases throughput by a large degree, but it also utilizes limited area resources thus offering an advantageous "throughput x area" product in comparison with other hashing cores implementations, proposed either by academia or industry. The proposed design achieves maximum throughput over 4.7 Gbps for SHA-1 and over 4.4 Gbps for SHA-256 in Xilinx Virtex II platform with minor area penalty comparing to conventional implementations. These synthesis results are only slightly decreased after the place-and-route procedure

This work presents a novel Peer to Peer (P2P) framework for Session Initiation Protocol (SIP) on Mobile Ad Hoc Network (MANET). SIP is a client-server model of computing which can introduce a single point of failure problem. P2P SIP addresses this problem by using a distributed implementation based on a P2P paradigm. However, both the traditional SIP and P2P SIP architectures are not suitable for MANETs because they are initially designed for infrastructured networks whose most nodes are static. We focus on distributed P2P resource lookup mechanisms for SIP which can tolerate failures resulting from the node mobility. Our target application is SIP-based multimedia communication in a rapidly deployable disaster emergency network. To achieve our goal, we provide four contributions as follows. The first contribution is a novel P2P lookup architecture based on a concept of P2P overlay network called a Structured Mesh Overlay Network (SMON). This overlay network enables P2P applications to perform fast resource lookups in the MANET environment. SMON utilizes a cross layer design based on the Distributed Hashing Table (DHT) and has direct access to OLSR routing information. Its cross layer design allows optimizing the overlay network performance during the change of network topology. The second contribution is a distributed SIP architecture on MANET providing SIP user location discovery in a P2P manner which tolerates single-point and multiple-point of failures. Our approach extends the traditional SIP user location discovery by utilizing DHT in SMON to distribute SIP object identifiers over SMON. It offers a constant time on SIP user discovery which results in a fast call setup time between two MANET users. From simulation and experiment results, we find that SIPMON provides the lowest call setup delay when compared to the existing broadcast-based approaches. The third contribution is an extended SIPMON supporting several participating MANETs connected to Internet. This extension (SIPMON+) provides seamless mobility support allowing a SIP user to roam from an ad hoc network to an infrastructured network such as Internet without interrupting an ongoing session. We propose a novel OLSR Overlay Network (OON), a single overlay network containing MANET nodes and some nodes on the Internet. These nodes can communicate using the same OLSR routing protocol. Therefore, SIPMON can be automatically extended without modifying SIPMON internal operations. Through our test-bed experiments, we prove that SIPMON+ has better performance in terms of call setup delay and handoff delay than MANET for Network Mobility (MANEMO). The fourth contribution is a proof-of-concept and a prototype of P2P multimedia communication based on SIPMON+ for post disaster recovery missions. We evaluate our prototype and MANEMO-based approaches through experimentation in real disaster situations (Vehicle to Infrastructure scenarios). We found that our prototype outperforms MANEMO-based approaches in terms of call setup delay, packet loss, and deployment time.

The Internet of Things (IoT) is a vision that aims at inter-connecting every physical identifiable object (or, a thing) via a global networking infrastructure (e.g., the legacy Internet). Several architectures are proposed to realize this vision; many of which agree that the IoT shall be considered as a global network of networks. These networks are used to manage wireless sensors, Radio Frequency IDentification (RFID) tags, RFID readers and other types of electronic devices and integrate them into the IoT. A major requirement of the IoT architectures is scalability, which is the capability of delivering high performance even if the input size (e.g., number of the IoT objects) is large. This thesis studies and proposes solutions to meet this requirement, and specifically focuses on the scalability issues found in the networks of the IoT. The thesis proposes several network formation algorithms to achieve these objectives, where a network formation algorithm is an algorithm that, if applied to a certain network, optimizes it to perform its tasks in a more efficient manner by virtually deleting some of its nodes and/or edges. The thesis focuses on three types of networks found in the IoT: 1) RFID readers coverage networks; whose main task is to cover (i.e., identify, monitor, track, sense) IoT objects located in a given area, 2) readers inter-communications networks; whose main task is to guarantee that their nodes are able to inter-communicate with each other and hence use their resources more efficiently (the thesis specifically considers inter-communication networks of readers using Bluetooth for communications), and 3) Object Name Systems (ONS) which are networks of several inter-connected database servers (i.e., distributed database) whose main task is to resolve an object identifier into an Internet address to enable inter-communication via the Internet. These networks are chosen for several reasons. For example, the technologies and concepts found in these networks are among the major enablers of the IoT. Furthermore, these networks solve tasks that are central to any IoT architecture. Particularly, the thesis a) studies the data and readers redundancy problem found in RFID readers coverage networks and introduces decentralized RFID coverage and readers collisions avoidance algorithms to solve it, b) contributes to the problem of forming multihop inter-communications networks of Bluetooth-equipped readers by proposing decentralized time-efficient Bluetooth Scatternet Formation algorithms, and c) introduces a geographic-aware ONS architecture based on Peer-To-Peer (P2P) computing to overcome weaknesses found in existing ONS architectures.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα μελετήσουμε τις διαδικασίες της κρυπτογράφησης και της αποκρυπτογράφησης. Θα αναφερθούμε στους λόγους που τις έκαναν δημοφιλείς σε πολλά πεδία εφαρμογής (μαθηματικά, εμπόριο, στρατός κ.α). Ιδιαίτερη αναφορά θα γίνει στους κρυπτογραφικούς αλγορίθμους SHA-256 και SHA-512. Θα μελετήσουμε τη δομή τους και τον τρόπο λειτουργίας τους. Στη συνέχεια θα μελετήσουμε πως μπορούμε σε ένα κύκλωμα να συνδυάσουμε τόσο τη λειτουργία του αλγορίθμου SHA-256, όσο και του SHA-512. Το καινούργιο αυτό κύκλωμα καλείται multi-mode. Τέλος, θα χρησιμοποιήσουμε το Modelsim για την εξομοίωση των αλγορίθμων και το εργαλείο Xilinx ISE θα βοηθήσει στη σύνθεσή τόσο των μεμονωμένων αλγορίθμων, όσο και του multi-mode κυκλώματος. / In this diploma thesis, we will study the process of encryption and decryption. We will refer to the reasons why these processes are so popular in many fields (mathematics, trade, army, etc). A special reference will be made in the cryptographic algorithms SHA-256 and SHA-512. We will study their structure and function. Furthermore, we will discuss the two above mentioned algorithms can be operated in the same circuit. This is called multi-mode. Finally, we will use Modelsim in order to compile our algorithms and Xilinx ISE for the synthesis not only for the stand-alone algorithms, but for the multi-mode circuit, as well.