Thesis (M.Comp.Sc.)--University of Wollongong, 2006. / Typescript. Includes bibliographical references: leaf 66-72.

Thesis (M.Comp.Sc.)--University of Wollongong, 2005. / Typescript. This thesis is subject to a 6 month embargo (12/12/05 to 12/06/06) and may only be viewed and copied with the permission of the author. For further information please Contact the Archivist. Includes bibliographical references: leaf 65-72.

Ένας από τους πιο ευρέως γνωστούς αλγορίθμους κρυπτογράφησης είναι ο AES (Advanced Encryption Standard). Το πρότυπο κρυπτογράφησης AES περιγράφει μια διαδικασία κρυπτογράφησης ηλεκτρονικής πληροφορίας βασισμένη στην λογική της κωδικοποίησης ομάδων δεδομένων με κάποιο μυστικό κλειδί. Μέχρι τον Μάιο του 2009, οι μόνες επιτυχημένες δημοσιευμένες επιθέσεις ενάντια στο πρότυπο AES ήταν επιθέσεις πλάγιου-καναλιού σε συγκεκριμένες εφαρμογές. Η βασική ιδέα των επιθέσεων πλαγίου καναλιού είναι ότι κάποιος μπορεί να παρατηρήσει έναν αλγόριθμο ο οποίος εκτελείται σε ένα σύστημα επεξεργασίας και να εξάγει μερικές ή πλήρεις πληροφορίες για την κατάσταση του αλγορίθμου ή το κλειδί. Ένας συγκεκριμένος τύπος επιθέσεων πλάγιου καναλιού, cache επιθέσεις, βασίζεται στην παρακολούθηση της συμπεριφοράς της μνήμης cache των συστημάτων (την μετακίνηση των δεδομένων μέσα και έξω από την μνήμη cache). Σε αυτή την διπλωματική αναπτύχθηκε ένα πρόγραμμα κρυπτογράφησης/αποκρυπτογράφησης AES και μελετήθηκε η συμπεριφορά διάφορων μνημών cache μέσω ενός προσομοιωτή επεξεργαστή (Simplescalar) κατά την διάρκεια εκτέλεσής του. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν να δείξουμε ότι το κρυπτοσύστημα AES είναι ευάλωτο σε επιθέσεις πλαγίου καναλιού κρυφής μνήμης. / AES (Advanced Encryption Standard) is one of the most popular cryptographic algorithms. AES describes a process of electronic data encryption based on encrypting data using a secret key. Up to May 2009, the only successful published attacks against AES were side-channel attacks. The main concept of side-channel attacks is that someone can observe an algorithm that is being implemented in a system and gain information about the state of the algorithm or the secret key. One particular type of side-channel attacks, cache-based attacks, is based on observing the behavior of the system’s cache memory (tha data that moves in and out of the cache memory). In this thesis an algorithm AES (encryption/decryption) was developed and we examined the behavior of different cache memories using a simulator (Simplescalar) while this algorithm was processing trying to figure out if AES is vulnerable to cache-based side channel attacks. This thesis shows if AES is vulnerable against cache-based side channel attacks.

Η διείσδυση των υπολογιστών, τόσο στα σπίτια μας, όσο και κυρίως στις επιχειρήσεις, κατά τα τελευταία χρόνια, καθώς επίσης και ο συνεχώς αυξανόμενος ρυθμός χρήσης του διαδικτύου, έχουν καταστήσει την ανάγκη για ασφαλείς ηλεκτρονικές επικοινωνίες και συναλλαγές κάτι παραπάνω από επιτακτική. Ένα από τα κυρίαρχα, σήμερα, συστήματα ασφαλούς ανταλλαγής δεδομένων είναι ο αλγόριθμος RSA, η ασφάλεια του οποίου βασίζεται στο γεγονός ότι είναι πολύ δύσκολο να παραγοντοποιήσουμε έναν «μεγάλο» αριθμό στους πρώτους παράγοντές του. Ο RSA αλγόριθμος θεωρείται αρκετά ασφαλής, αν βέβαια χρησιμοποιούμε κατάλληλο, για τα σημερινά δεδομένα, μέγεθος κλειδιού. Παρόλα αυτά, σε περίπτωση που βρεθεί κάποιος αποδοτικός αλγόριθμος που να μπορεί σε «λογικό» χρόνο να παραγοντοποιήσει οποιονδήποτε μεγάλο ακέραιο, τότε αυτομάτως η ασφάλεια του αλγορίθμου αυτού έχει παραβιαστεί και θα πρέπει να στραφούμε σε εναλλακτικές μεθόδους προστασίας της πληροφορίας. Ο πιο αποδοτικός σήμερα αλγόριθμος παραγοντοποίησης μεγάλων ακεραίων είναι ο Number Field Sieve. Η έρευνα που έχει γίνει πάνω σε αυτόν τον αλγόριθμο, έχει οδηγήσει σε σημαντική πρόοδο και έχει καταστήσει, πλέον, εφικτή την παραγοντοποίηση ακεραίων που υπό άλλες προϋποθέσεις θα απαιτούσε χιλιάδες χρόνια από cpu time σε supercomputers. Αν και ακόμη και σήμερα υπάρχουν αρκετά σημεία που θα μπορούσαν να βελτιωθούν στον αλγόριθμο, κάνοντάς τον ακόμη πιο αποδοτικό, ωστόσο η πολυπλοκότητά του αποτρέπει αρκετούς να ασχοληθούν με την βελτίωσή του. Με την εργασία αυτή θα προσπαθήσουμε αρχικά να διασαφηνίσουμε όλες τις πληροφορίες που απαιτούνται για την σωστή κατανόηση της λειτουργίας του αλγορίθμου. Θα γίνει λεπτομερής περιγραφή των διαφόρων βημάτων του αλγορίθμου και θα δοθεί αναλυτικό παράδειγμα παραγοντοποίησης. Τέλος, θα παρουσιαστεί η παράλληλη υλοποίησή του αλγορίθμου, η οποία μπορεί να εκτελεστεί τόσο σε supercomputer, όσο και σε cluster υπολογιστών που επικοινωνούν μεταξύ τους με χρήση του MPI. / The recent advances in computer science, in combination with the proliferation of computers in home and businesses and the explosive growth rate of the internet transactions, have increased the needs for secure electronic communications. One of the dominant systems of secure data transactions is the RSA algorithm. RSA’ s security relies on the fact that it is computationally difficult to factor a “large” integer into its component prime integers. RSA is considered secure as long as we use proper key length. However, if an efficient algorithm is developed that can factor any arbitrarily large integer in a “reasonable” amount of time, then the whole security of the algorithm will be broken, and we will have to use alternative methods to secure our systems. Today, the fastest known method for factoring large integers is the General Number Field Sieve algorithm. Research and development of the algorithm has enabled the factorization of integers that were once thought to require thousands of years of CPU time to accomplish. While there are still many possible optimizations that could increase the algorithm’s efficiency, however the complexity of the algorithm prevents many researchers from attempting to improve it. In this master thesis we present the information needed to understand the principles upon which the algorithm is based. The discrete steps of the algorithm are described in full detail, as well as a detailed factorization example, in order to enlighten the way each step works. Finally a parallel implementation is presented, able to be executed on a supercomputer or a computer cluster, with the use of MPI.

Στόχος της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι ο σχεδιασμός και υλοποίηση ενός Κρυπτογραφικού Συστήματος με βάση τον Αλγόριθμο κατακερματισμού JH. Ο σχεδιασμός του κρυπτογραφικού αυτού συστήματος έγινε με τη χρήση γλώσσας VHDL (Very High Speed Integrated Circuits hardware description language) και στη συνέχεια η υλοποίηση αυτή έγινε πάνω σε πλατφόρμα FPGA (Field Programmable Gate Array). Ο αλγόριθμος JH είναι ένας αλγόριθμος κατακερματισμού (hash function) ο οποίος σχεδιάστηκε στα πλαίσια του διαγωνισμου κρυπτογραφιας NIST (National Institute of Standards and Technology). Η πρώτη του έκδοση έγινε στις 31 Οκτωβρίου 2008 ενώ η τελική του έκδοση έγινε στις 16 Ιανουαρίου 2011. Ο Αλγόριθμος JH έχει τρεις υποκατηγορίες. Υπάρχει ο JH-224, JH-256, JH-384 και ο JH-512. Βασικό χαρακτηριστικό του αλγορίθμου αυτού είναι το γεγονός πώς οι λειτουργίες που συμβαίνουν σε κάθε γύρο είναι ίδιες. Επίσης σημαντικό γνώρισμα ειναι η ασφάλεια που παρέχει ο αλγόριθμος αυτός καθώς ο μεγάλος αριθμός των ενεργών S-boxes που χρησιμοποιούνται και ταυτόχρονα το γεγονός ότι σε κάθε γύρο χρησιμοποιείται ένα διαφορετικό κλειδι το οποίο παράγεται εκεινη τη στιγμή και δεν ειναι αποθηκευμένο σε ένα σημείο, στο οποίο θα μπορούσε κάποιος να επέμβει, κάνει το σύστημά μας εξαιρετικά δυνατό και ανθεκτικό απέναντι σε επιθέσεις όπως είναι η διαφορική κρυπτανάλυση. Για την εξακρίβωση της ορθής λειτουργίας του συστήματος χρησιμοποιήθηκε μία υλοποίηση του Αλγορίθμου JH σε γλώσσα C. Χρησιμοποιώντας την υλοποίηση αυτή κάθε φορά που θέλουμε να κρυπτογραφήσουμε ένα μήνυμα το οποίο είναι μία σειρά από bit, λαμβάνουμε το κρυπτογραφημένο μήνυμα. Αυτο το κρυπτογραφημένο μήνυμα το συγκρίνουμε με αυτό που παίρνουμε στην έξοδο του συστήματος JH που σχεδιάσαμε και με αυτό το τρόπο επιβεβαιώνουμε την ορθότητα του αποτελέσματος. Ύστερα από την non-pipelined υλοποίηση του συστήματος αυτού, χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της συσωλήνωσης (pipeline). Πιο συγκεκριμένα εγιναν 4 διαφορετικές pipelined υλοποιήσεις με 2,3,6 και 7 στάδια. Σκοπός είναι για κάθε μία pipelined υλοποίηση να γίνει έλεγχος σε θέματα απόδοσης, κατανάλωσης ισχύος καθώς επίσης και σε θέματα επιφάνειας. Στη συνέχεια γίνεται μία σύγκριση στα προαναφερθέντα θέματα μεταξύ των διαφορετικών pipelined υλοποιήσεων και με την non-pipelined υλοποίηση του κρυπτογραφικού συστήματος JH. Επίσης αξίζει να σημειωθεί πώς γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στο throughput και στο throughput per area των pipelined υλοποιήσεων. Από τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν η JH NON PIPELINED υλοποίηση έχει απόδοση 97 MHz με κατανάλωση ισχύος 137mW και συνολική επιφάνεια 2284 slices σε SPARTAN 3E FPGA συσκευή. Ενώ από την ανάλυση της JH NON PIPELINED υλοποίησης και των 4 pipelined υλοποιήσεων σε 4 διαφορετικά FPGA (2 της οικογένειας SPARTAN και 2 της οικογένειας VIRTEX) συμπεραίνουμε πώς στην οικογένεια VIRTEX η κατανάλωση ισχύος είναι πάντα μεγαλύτερη σε σχεση με την οικογένεια SPARTAN. / The purpose of this Thesis Project is the design and implementation of a Cryptographic System using the JH Hash Algorithm. The design of this Cryptographic System was performed using the VHDL language (Very High Speed Integrated Circuits hardware description language) and then this implementation was executed on a FPGA platform (Field Programmable Gate Array).The JH Algorithm is a hash algorithm that was developed during the NIST (National Institute of Standards and Technology) Cryptography Competition. Its first version was released on 31 October 2008 while its last version was released on 16 January 2011. The JH Hash Algorithm has three subcategories. There is JH-224, JH-256, JH-384, and JH-512. Basic characteristic of this Algorithm is the fact that the functions that are executed in each round are identical. Moreover important characteristic is the security that this Algorithm provides us while the big number of active S-Boxes that is used and in the same time the fact that in each round a different key is produced on the fly, and is not stored in a place that a third person could have access, makes our system really strong and resistant to attacks such as the differential attack. To confirm the right functionality of the system the implementation of the JH Algorithm in C Language is used. Using this implementation each time we want to cipher a message, which is a sequence of bits, we get the message digest. This message digest is compared with the message digest that we get from the JH system that we developed with VHDL and in this way we confirm the correctness of the result. After the non pipelined implementation of the JH system the pipeline technique was used. To be more specific 4 different pipelined implementations with 2, 3, 6 and 7 stages were performed. The target was to check the performance, area and power dissipation for each pipelined implementation. Next a comparison was performed between the various pipelined implementations and the non pipelined implementation for the above mentioned issues. In addition to this it is worth to mention that considerable reference is made for throughput and throughput per area for the pipelined implementations. According to the experimental results the JH NON PIPELINED implementation has a performance of 97 MHz, with power dissipation of 137mW and a total area of 2284 Slices on SPARTAN 3E FPGA device. From the JH NON PIPELINED implementation and the other 4 pipelined implementations on 4 different FPGA Devices (2 from the VIRTEX family and 2 from the SPARTAN family) we concluded that the power dissipation is bigger in VIRTEX family devices in comparison to SPARTAN family Devices.

Οι κρυπτογραφικές συναρτήσεις κατακερματισμού αποτελούν στις μέρες μας ένα από τα δημοφιλέστερα συστατικά των κρυπτογραφικών συστημάτων, λόγω των ιδιαίτερων ιδιοτήτων τους. Λαμβάνοντας υπόψη τη συνεχή αύξηση του όγκου δεδομένων και των ταχυτήτων επικοινωνίας, η χρήση μιας συνάρτησης κατακερματισμού με χαμηλή ρυθμοαπόδοση μπορεί να επιβραδύνει το συνολικό ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστημα. Ο σχεδιασμός ενός δεδομένου αλγορίθμου κατακερματισμού ώστε να έχει τη βέλτιστη ρυθμοαπόδοση αποτελεί ζήτημα μεγάλης σημασίας. Στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία παρουσιάζεται μια μεθοδολογία σχεδιασμού με στόχο τη βέλτιστη ρυθμοαπόδοση κρυπτογραφικών αλγορίθμων που βασίζονται σε συγκεκριμένη επαναληπτική μορφή. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε ένα λογισμικό, που συνδυάζει δύο τεχνικές, τον επαναχρονισμό και την ξεδίπλωση, παράγοντας το βέλτιστο σχεδιαστικό αποτέλεσμα. Η μεθοδολογία εφαρμόστηκε σε δύο δημοφιλείς συναρτήσεις κατακερματισμού, τις SHA-1 και SHA-256. Οι μετασχηματισμένοι αλγόριθμοι συνθέθηκαν και υλοποιήθηκαν σε FPGA, επιβεβαιώνοντας την αποτελεσματικότητα της μεθόδου. / Nowadays, cryptographic hash functions are one of the most popular primitive components in the cryptographic systems, due to their key features. Considering that data sizes and communication speeds are increasing every year, the use of a hash algorithm with low throughput can be a bottle neck in the digital communication system. Designing a given hash algorithm to be throughput optimum is a critical issue. In this diploma thesis a design methodology is presented which oprimizes the throughput of cryptographic hash functions that rely on a specific iterative structure. For this purpose, a software was designed combining two techniques, retiming and unfolding, that generates the optimal throughput design. The methodology was applied to two popular hash algorithms, SHA-1 and SHA-256. The transformed algorithms were synthesized and implemented in a FPGA device, confirming its effectiveness.

M. Tech. Electrical Engineering. / Proposes a public-key encryption scheme based on Qi hyperchaos, which is considered much better than chaos and other hyperchaos in terms of pseudo-randomness. In an environment where digital information is being extensively used, a cat map based hyperchaotic system is proposed. This map is used to design the public key encryption scheme that uses private keys, public keys and shared private keys. This encryption is tested successfully on text messages and images. The application of the hyperchaos-based scheme on a web server client platform concludes this work. MATLAB is used for simulation. PHP, HTML, and C are used in the development of the web form and the chat application.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-11-18Bitstream added on 2014-06-13T18:55:35Z : No. of bitstreams: 1 flose_vbs_me_rcla.pdf: 506170 bytes, checksum: ee89356ded1c14f6f5c21428bb68671a (MD5) / Com o crescimento da comunicação nos dias atuais, a segurança na troca de informa- ções tem se tornado cada vez mais importante o que tem dado destaque a Criptografia. A criptografia consiste de técnicas baseadas em conceitos matemáticos que tem por objetivo transmitir informações sigilosas forma segura através de canais monitorados por terceiros. Um ramo da Criptografia que vem crescendo está ligado ao estudo de curvas elípticas, que é uma das áreas mais ricas da matemática. O nome curvas elípticas é de certa forma enganoso, pois diferente do sentido literal da palavra, que leva a pensar em elipses, se trata de equações relacionadas a um determinado tipo de curva algébrica. Neste trabalho, as curvas elípticas serão estudadas do ponto de vista da álgebra e da teoria dos números com o objetivo de conhecer a Criptografia de Curvas Elípticas que é uma variação do Problema do Logaritmo Discreto / With the growth of communication these days, security in exchange for information has become increasingly important what has given prominence to Cryptography. Encryption techniques is based on concepts mathematical aims to transmit sensitive information securely through channels monitored by third parties. A branch of cryptography that has growing up is connected to the study of elliptic curves, which is one of the most rich mathematics. The name elliptic curves is somewhat misleading, as di erent from the literal sense of the word, which makes one think of ellipses if equations is related to a certain type of algebraic curve. in this work, elliptic curves are studied from the viewpoint of algebra and of number theory in order to know the Curve Cryptography Elliptic is a variation of the discrete logarithm problem

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um novo algoritmo de criptografia de chave pública. Este algoritmo apresenta duas características que o tornam único, e que foram tomadas como guia para a sua concepção. A primeira característica é que ele é semanticamente seguro. Isto significa que nenhum adversário limitado polinomialmente consegue obter qualquer informação parcial sobre o conteúdo que foi cifrado, nem mesmo decidir se duas cifrações distintas correspondem ou não a um mesmo conteúdo. A segunda característica é que ele depende, para qualquer tamanho de texto claro, de uma única premissa de segurança: que o logaritmo no grupo formado pelos pontos de uma curva elíptica de ordem prima seja computacionalmente intratável. Isto é obtido garantindo-se que todas as diferentes partes do algoritmo sejam redutíveis a este problema. É apresentada também uma forma simples de estendê-lo a fim de que ele apresente segurança contra atacantes ativos, em especial, contra ataques de texto cifrado adaptativos. Para tanto, e a fim de manter a premissa de que a segurança do algoritmo seja unicamente dependente do logaritmo elíptico, é apresentada uma nova função de resumo criptográfico (hash) cuja segurança é baseada no mesmo problema. / This dissertation presents the development of a new public key algorithm. This algorithm has two key features, which were taken to be a goal from the start. The first feature is that it is semantically secure. That means that no polynomially bounded adversary can extract any partial information about the plaintext from the ciphertext, not even decide if two different ciphertexts correspond to the same plaintext. The second feature of the algorithm is that it depends on only one security assumption: that it is computationally unfeasible to calculate the logarithm on the group formed by the points of a prime order elliptic curve. That is achieved by ensuring that all parts of the algorithm are reducible to that problem. Also, it is presented a way to extend the algorithm so that it the resists attacks of an active adversary, in special, against an adaptive chosen-ciphertext attack. In order to do that, and attain to the assumption that only the assumption of the logarithm is necessary, it is introduced a new hash function with strength based of the same problem.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:29:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5480.pdf: 1440012 bytes, checksum: 7d5091d1f7a4e47400c54434aa97ec54 (MD5) Previous issue date: 2013-08-07 / The central aim of this dissertation is to present the results of a teaching experience of using encryption for the study of functions in mathematics classes in elementary school, the result was checking improvements in conceptual understanding above. The experience in the classroom shows that students have great difficulty working the concept of functions. Various activities are presented based on cryptography to overcome the difficulties that students frequently bring in learning functions and related concepts. / O objetivo central dessa dissertação é expor os resultados de uma experiência didática do uso de Criptografia para o estudo de funções nas aulas de Matemática no Ensino Fundamental, cujo resultado foi a verificação de melhoras no entendimento do conceito supracitado. A vivência em sala de aula mostra que os alunos têm grandes dificuldades em trabalhar o conceito de funções. São apresentadas diversas atividades com base na Criptografia para superar as dificuldades mais frequentes que os alunos trazem na aprendizagem de funções e conceitos correlatos.