Ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων αποτελείται από χωρικά κατανεμημένες αυτόνομες συσκευές, οι οποίες χρησιμοποιούν αισθητήρες για την συνεργατική παρακολούθηση φυσικών και περιβαλλοντικών συνθηκών. Ένας κόμβος ενός δικτύου αισθητήρων συνήθως αποτελείται από ένα μικροελεγκτή, ένα ραδιο-πομποδέκτη, μια πηγή ενέργειας, η οποία συχνά είναι μια μπαταρία και διαφόρων ειδών αισθητήρες (π.χ. θερμοκρασίας, υγρασίας, φωτεινότητας). Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων προσφέρουν οικονομικά βιώσιμες λύσεις σε ποικίλες εφαρμογές. Δίκτυα τέτοιου τύπου δραστηριοποιούνται σε βιοιατρικές, στρατιωτικές, βιομηχανικές εφαρμογές καθώς και εφαρμογές παρακολούθησης του φυσικού περιβάλλοντος. Επιπλέον, τα δίκτυα αισθητήρων είναι κλειδί για τη δημιουργία έξυπνων χώρων που ενθέτουν τεχνολογία πληροφορίας στα καθημερινά περιβάλλοντα εργασίας και κατοικίας. Λόγω της χρήσης τέτοιων δικτύων σε περιβάλλοντα που ανταλλάσσονται ευαίσθητες πληροφορίες, δημιουργούνται θέματα ασφάλειας και μυστικότητας. Χαρακτηριστικά των διαφόρων εφαρμογών όπως η λειτουργία σε αντίξοα περιβάλλοντα, η ελλιπής γνώση της τοπολογίας του δικτύου, οι δυνατότητες αυτο-οργάνωσης και αυτόματης διόρθωσης λειτουργιών και η λειτουργία χωρίς ανθρώπινη επιτήρηση καθιστούν τη διατήρηση της ασφάλειας μια μεγάλη πρόκληση. Ένας κλάδος που παρέχει λύσεις σε προβλήματα ασφαλείας είναι αυτός της κρυπτογραφίας. Η κρυπτογραφία είναι μια καλά εδραιωμένη επιστημονική περιοχή, με πρωτόκολλα και πρότυπα τα οποία τυγχάνουν ευρείας αναγνώρισης. Παρόλα αυτά, η χρήση τους σε περιβάλλοντα περιορισμένων πόρων όπως αυτά των ασυρμάτων δικτύων αισθητήρων, απαιτεί προσαρμογές. Η απαίτηση αυτή προκύπτει λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των δικτύων αυτών και των κόμβων που τα απαρτίζουν όπως η χαμηλή υπολογιστική ισχύς, οι περιορισμένες δυνατότητες αποθήκευσης και η περιορισμένη διαθέσιμη ενέργεια καθώς και η επικοινωνία ασύρματης φύσης που υιοθετείται. Ένα επιπλέον πρόβλημα που παρουσιάζεται στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, είναι η ετερογένεια. Οι συσκευές αισθητήρων που παράγονται από τη βιομηχανία σήμερα, έχουν διαφορετικές υπολογιστικές δυνατότητες και εκτελούν διαφορετικά λειτουργικά συστήματα. Κάποιες αποτελούνται από μικροεπεξεργαστές 8-bit και έχουν ελάχιστη ποσότητα μνήμης RAM, ενώ άλλες έχουν πολύ μεγάλη υπολογιστική δύναμη και μπορούν να εκτελέσουν desktop λειτουργικά συστήματα όπως Linux. Έτσι, ενώ είναι σχετικά εύκολο να αναπτύξει κανείς μια εφαρμογή για μια συγκεκριμένη πλατφόρμα, είναι πολύ δύσκολο να γράψει γενικό κώδικα ανεξάρτητο της πλατφόρμας μεταγλώτισσης. Έτσι, υπάρχοντες υλοποιημένοι αλγόριθμοι και εφαρμογές πρέπει να τροποποιούνται κατάλληλα για να μπορούν να προσαρμοστούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα ανάπτυξης. Μια απάντηση στο παραπάνω πρόβλημα δίνει η βιβλιοθήκη Wiselib η οποία προσφέρει ένα προγραμματιστικό περιβάλλον για την ανάπτυξη γενικών αλγορίθμων που έχουν ως στόχο την εκτέλεσή τους σε ετερογενή δίκτυα αισθητήρων. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να προσφέρει λύσεις στα δύο προαναφερθέντα προβλήματα, ανάπτυσσοντας κρυπτογραφικούς αλγόριθμους για ετερογενή ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Για την επίτευξη του σκοπού αυτού, αναπτύσουμε μια κρυπτογραφική βιβλιοθήκη στο προγραμματιστικό περιβάλλον της Wiselib, μιας γενικής βιβλιοθήκης αλγορίθμων για ετερογενή δίκτυα αισθητήρων. Η Wiselib είναι υλοποιημένη σε C++ και με χρήση τεχνικών όπως τα πρότυπα και οι inline συναρτήσεις, επιτρέπει τη συγγραφή γενικού κώδικα ο οποίος αναλύεται και δεσμεύεται κατά τη διαδικασία μεταγλώττισσης χωρίς να δημιουργείται πλεονασμός μνήμης ή υπολογισμού. Λόγω των απαιτήσεων ασφαλείας που δημιουργούνται από τις εφαρμογές δικτύων αισθητήρων καθώς και των περιορισμένων υπολογιστικών πόρων, η κρυπτογραφική μας βιβλιοθήκη παρέχει αλγορίθμους τόσο συμμετρικής όσο και ασυμμετρικής κρυπτογραφίας. Οι αλγόριθμοι ασυμμετρικής κρυπτογραφίας βασίζονται στην κρυπτογραφία ελλειπτικών καμπυλών. Οι ελλειπτικές καμπύλες αποτελούν ένα ιδανικό σύστημα για ανάπτυξη κρυπτογραφίας δημοσίου κλειδιού σε ενσωματωμένα περιβάλλοντα τα οποία υστερούν σε επεξεργαστική ισχύ, μνήμη και ενέργεια. Αυτό ισχύει διότι τα συστήματα ελλειπτικών καμπυλών προσφέρουν το ίδιο επίπεδο ασφάλειας με άλλα κρυπτοσυστήματα (π.χ. RSA) με χρήση πολύ μικρότερου μεγέθους κλειδιών. Έτσι, συνολικά η βιβλιοθήκη μας παρέχει τους εξής αλγορίθμους: τον αλγόριθμο συμμετρικής κρυπτογράφησης AES, τον αλγόριθμο κατακερματισμού SHA-1, το σχήμα συμφωνίας κλειδιών Diffie Hellman (ECDH), τον αλγόριθμο ασυμμετρικής κρυπτογράφησης ECIES και το σχήμα ψηφιακής υπογραφής ECDSA. Για την ανάλυση της απόδοσης της κρυπτογραφικής μας βιβλιοθήκης γίνεται πειραματική αξιολόγηση (χρόνος εκτέλεσης, ενέργεια,μέγεθος μεταφρασμένου κώδικα) των παραπάνω αλγορίθμων σε δύο συσκευές ( iSense, TelosB) με διαφορετικές επεξεργαστικές δυνατότητες (16 MHz, 8 MHz) που τρέχουν διαφορετικά λειτουργικά συστήματα (iSense OS, Contiki Sky). Το γεγονός ότι αξιολογήσαμε τους κρυπτογραφικούς αλγορίθμους σε δύο συσκευές διαφορετικών δυνατοτήτων και περιβαλλόντων ανάπτυξης, αποδεικνύει τη γενικότητα της υλοποίησης μας.Τέλος, για να αποδείξουμε την ευκολία χρήσης των υλοποιημένων αλγορίθμων παρουσιάζουμε τρεις εφαρμογές δικτύων αισθητήρων που τους χρησιμοποιούνε. Πιο συγκεκριμένα, επιδεικνύουμε πως οι κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι μπορούν να συνδυαστούν με αλγορίθμους δρομολόγησης και ομαδοποίησης που παρέχει η βιβλιοθήκη Wiselib, με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν ασφαλείς εφαρμογές δικτύων αισθητήρων. / A wireless sensor network consists of spatially distributed autonomous devices, that use sensors in order to cooperatively monitor natural and environmental conditions. A wireless sensor network node typically consists of a micro-processor, a radio transceiver, an energy source (usually a battery) and various kinds of sensors that measure different environmental conditions (e.g. temperature, humidity, lightness). Wireless sensor networks are economically viable solutions to various applications. Networks of this type are used in biomedical, military, industrial as well as in applications that monitor the natural environment. Moreover, sensor networks are a key for the creation of smart spaces that introduce information technology in everyday environments like those of home and work. Because sensor networks are typically deployed in environments where sensitive information is communicated, security and privacy issues arise. Application characteristics like deployment in adverse environments, the incomplete knowledge of the network topology, the possibility of self-organization and the operation without human surveillance make the maintenance of security a big challenge. Cryptography is a science field that provides solutions to security problems. Cryptography is a well established science field that has provided protocols and standards of wide acceptance. However, the use of such protocols and standards in resource constrained environments, like those of sensor networks, requires changes and adaptations. This applies due to the special characteristics of such networks and the devices that consist them, e.g. the restricted processing power, the limited storage possibility and energy as well as the wireless nature of communication. A second problem that arises in wireless sensor networks is that of heterogeneity. The nodes produced by the industry today have different processing possibilities and execute various operating systems. Some nodes consist of 8-bit micro-processors that offer tiny amounts of RAM memory, whereas others are produced with 32-bit processors that can even execute desktop operating systems like Linux. Thus, while it is easy for a developer to implement a platform specific application, it is quite difficult to write some generic platform independent code. In order to re-use implemented applications and algorithms in different development environments a programmer has to make adaptations and changes according to the new platform specifications. A solution to this problem is provided by Wiselib. Wiselib offers an development environment suitable for the implementation of generic algorithms that can be compiled and executed on heterogenous wireless sensor networks. The objective of this work is to provide solutions to the aforementioned sensor network problems (security, heterogeneity). For this reason, we develop a cryptographic library on the generic program environment of Wiselib, a generic algorithm library for heterogenous sensor networks. Wiselib is implemented in C++ and employing advanced techniques, like templates and inline functions, it allows writing of generic code that can be allocated and resolved during compilation without producing computation or memory overhead. Due to the security requirements imposed by the sensor network applications and the resource restrictions by the sensor nodes, our cryptographic library provides symmetric as well as asymmetric cryptographic algorithms. The public key algorithms are based on elliptic curve cryptography. Elliptic curves consist an ideal system for the development of public key cryptography in resource constrained environments that offer restricted computation power, memory and energy. That is because elliptic curve cryptosystems offer the same level of security with other public key cryptosystems (e.g. RSA), using much smaller key sizes. Thus, in total our cryptographic library provides the following algorithms: the symmetric encryption algorithm AES, the hash algorithm SHA-1, the key agreement scheme Diffie Hellman (ECDH), the public key encryption algorithm ECIES and the signature scheme ECDSA. In order to evaluate the performance of our cryptographic library we experimentally test (in terms of execution time, compiled code size, energy consumption) its algorithms on two devices (iSense, TelosB) with different processing possibilities (16 MHz, 8 MHz) that execute different operating systems (iSense OS, Contiki Sky). The fact that we evaluated the cryptographic algorithms on two different devices with unlike capabilities and that execute different operating systems proves that our implementation is generic. Finally, in order to prove the ease of use of the implemented cryptographic algorithms we present three sensor network applications that employ them. More precisely, we show how our cryptographic algorithms can be combined with routing and clustering algorithms (provided by Wiselib), resulting in secure sensor network applications.

L'omniprésence de dispositifs interconnectés amène à un intérêt massif pour la sécurité informatique fournie entre autres par le domaine de la cryptographie. Pendant des décennies, les spécialistes en cryptographie estimaient le niveau de sécurité d'un algorithme cryptographique indépendamment de son implantation dans un dispositif. Cependant, depuis la publication des attaques d'implantation en 1996, les attaques physiques sont devenues un domaine de recherche actif en considérant les propriétés physiques de dispositifs cryptographiques. Dans notre dissertation, nous nous concentrons sur les attaques profilées. Traditionnellement, les attaques profilées appliquent des méthodes paramétriques dans lesquelles une information a priori sur les propriétés physiques est supposée. Le domaine de l'apprentissage automatique produit des modèles automatiques et génériques ne nécessitant pas une information a priori sur le phénomène étudié.<p><p>Cette dissertation apporte un éclairage nouveau sur les capacités des méthodes d'apprentissage automatique. Nous démontrons d'abord que les attaques profilées paramétriques surpassent les méthodes d'apprentissage automatique lorsqu'il n'y a pas d'erreur d'estimation ni d'hypothèse. En revanche, les attaques fondées sur l'apprentissage automatique sont avantageuses dans des scénarios réalistes où le nombre de données lors de l'étape d'apprentissage est faible. Par la suite, nous proposons une nouvelle métrique formelle d'évaluation qui permet (1) de comparer des attaques paramétriques et non-paramétriques et (2) d'interpréter les résultats de chaque méthode. La nouvelle mesure fournit les causes d'un taux de réussite élevé ou faible d'une attaque et, par conséquent, donne des pistes pour améliorer l'évaluation d'une implantation. Enfin, nous présentons des résultats expérimentaux sur des appareils non protégés et protégés. La première étude montre que l'apprentissage automatique a un taux de réussite plus élevé qu'une méthode paramétrique lorsque seules quelques données sont disponibles. La deuxième expérience démontre qu'un dispositif protégé est attaquable avec une approche appartenant à l'apprentissage automatique. La stratégie basée sur l'apprentissage automatique nécessite le même nombre de données lors de la phase d'apprentissage que lorsque celle-ci attaque un produit non protégé. Nous montrons également que des méthodes paramétriques surestiment ou sous-estiment le niveau de sécurité fourni par l'appareil alors que l'approche basée sur l'apprentissage automatique améliore cette estimation. <p><p>En résumé, notre thèse est que les attaques basées sur l'apprentissage automatique sont avantageuses par rapport aux techniques classiques lorsque la quantité d'information a priori sur l'appareil cible et le nombre de données lors de la phase d'apprentissage sont faibles. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Document contains informations about authentication, encryption, data integrity and data authenticity. Next part includes description of well know cryptography protocols, their functions and also their weaknesses. All of these acquired informations were used in concept and final software support for teaching of cryptography protocols, which is able to run on clasic web-browser. Thats why the application was designed as web PHP pages using JavaScript and AJAX, which ensures plaform and OS architecture independency. Besides the descripted and ilustrated part of application there are also interactive parts and animations. The last period contains description of education software and its functions. Source code can be found on the appended CD.

Cyber attacks happen on a daily basis, where criminals can aim to disrupt internet services or in other cases try to get hold of sensitive data. Fortunately, there are systems in place to protect these services. And one can rest assured that communication channels and data are secured under well-studied cryptographic schemes. Still, a new class of computation power is on the rise, namely quantum computation. Companies such as Google and IBM have in recent time invested in research regarding quantum computers. In 2019, Google announced that they had achieved quantum supremacy. A quantum computer could in theory break the currently most popular schemes that are used to secure communication. Whether quantum computers will be available in the forseeable future, or at all, is still uncertain. Nonetheless, the implication of a practical quantum computer calls for a new class of crypto schemes; schemes that will remain secure in a post-quantum era. Since 2016 researchers within the field of cryptography have been developing post-quantum cryptographic schemes. One specific branch within this area is lattice-based cryptography. Lattice-based schemes base their security on underlying hard lattice problems, for which there are no currently known efficient algorithms that can solve them. Neither with quantum, nor classical computers. A promising scheme that builds upon these types of problems is Kyber. The aforementioned scheme, as well as its competitors, work efficiently on most computers. However, they still demand a substantial amount of computation power, which is not always available. Some devices are constructed to operate with low power, and are computationally limited to begin with. This group of constrained devices, includes smart cards and microcontrollers, which also need to adopt the post-quantum crypto schemes. Consequently, there is a need to explore how well Kyber and its relatives work on these low power devices. In this thesis, a variant of the cryptographic scheme Kyber is implemented and evaluated on an Infineon smart card. The implementation replaces the scheme’s polynomial multiplication technique, NTT, with Kronecker substitution. In the process, the cryptographic co-processor on the card is leveraged to perform Kronecker substitution efficiently. Moreover, the scheme’s original functionality for sampling randomness is replaced with the card’s internal TRNG. The results show that an IND-CPA secure variant of Kyber can be implemented on the smart card, at the cost of segmenting the IND-CPA functions. All in all, key generation, encryption, and decryption take 23.7 s, 30.9 s and 8.6 s to execute respectively. This shows that the thesis work is slower than implementations of post-quantum crypto schemes on similarly constrained devices.

L’utilisation des codes MDPC (Moderate Density Parity Check) quasi-cycliques dans le cryptosystème de McEliece offre un schéma de chiffrement post-quantique dont les clés ont une taille raisonnable et dont le chiffrement et le déchiffrement n’utilisent que des opérations binaires. C’est donc un bon candidat pour l’implémentation embarquée ou à bas coût.Dans ce contexte, certaines informations peuvent être exploitées pour construire des attaques par canaux cachés.Ici, le déchiffrement consiste principalement à décoder un mot de code bruité. Le décodeur utilisé est itératif et probabiliste : le nombre d’itérations de l'algorithme varie en fonction des instances et certains décodages peuvent échouer. Ces comportements ne sont pas souhaitables car ils peuvent permettre d’extraire des informations sur le secret.Une contremesure possible est de limiter le nombre d’instances de chiffrement avec les mêmes clés. Une autre façon serait de recourir à un décodage à temps constant dont la probabilité d’échec au décodage est négligeable. L’enjeu principal de cette thèse est de fournir de nouveaux outils pour analyser du comportement du décodeur pour la cryptographie.Dans un second temps, nous expliquons pourquoi l'utilisation des codes polaires n'est pas sûre pour le cryptosystème de McEliece. Pour ce faire, nous utilisons de nouvelles techniques afin de résoudre une équivalence de codes. Nous exhibons de nombreux liens entre les codes polaires et les codes de Reed-Muller et ainsi d'introduire une nouvelle famille de codes : les codes monomiaux décroissants. Ces résultats sont donc aussi d'un intérêt indépendant pour la théorie des codes. / Considering the McEliece cryptosystem using quasi-cylcic MDPC (Moderate Density Parity Check matrix) codes allows us to build a post-quantum encryption scheme with nice features. Namely, it has reasonable key sizes and both encryption and decryption are performed using binary operations. Thus, this scheme seems to be a good candidate for embedded and lightweight implementations. In this case, any information obtained through side channels can lead to an attack. In the McEliece cryptosystem, the decryption process essentially consists in decoding. As we consider the use of an iterative and probabilistic algorithm, the number of iterations needed to decode depends on the instance considered and some of it may fail to be decoded. These behaviors are not suitable because they may be used to extract information about the secrets. One countermeasure could be to bound the number of encryptions using the same key. Another solution could be to employ a constant time decoder with a negligible decoding failure probability, that is to say which is about the expected security level of the cryptosystem. The main goal of this thesis is to present new methods to analyse decoder behavior in a cryptographic context.Second, we explain why a McEliece encryption scheme based on polar code does not ensure the expected level of security. To do so, we apply new techniques to resolve the code equivalence problem. This allows us to highlight several common properties shared by Reed-Muller codes and polar codes. We introduce a new family of codes, named decreasing monomial codes, containing both Reed-Muller and polar codes. These results are also of independent interest for coding theory.

Depuis les années 90, les attaques par canaux auxiliaires ont remis en cause le niveau de sécurité des algorithmes cryptographiques sur des composants embarqués. En effet, tout composant électronique produit des émanations physiques, telles que le rayonnement électromagnétique, la consommation de courant ou encore le temps d’exécution du calcul. Or il se trouve que ces émanations portent de l’information sur l’évolution de l’état interne. On parle donc de canal auxiliaire, car celui-ci permet à un attaquant avisé de retrouver des secrets cachés dans le composant par l’analyse de la « fuite » involontaire. Cette thèse présente d’une part deux nouvelles attaques ciblant la multiplication modulaire permettant d’attaquer des algorithmes cryptographiques protégés et d’autre part une démonstration formelle du niveau de sécurité d’une contre-mesure. La première attaque vise la multiplication scalaire sur les courbes elliptiques implémentée de façon régulière avec un masquage du scalaire. Cette attaque utilise une unique acquisition sur le composant visé et quelques acquisitions sur un composant similaire pour retrouver le scalaire entier. Une fuite horizontale durant la multiplication de grands nombres a été découverte et permet la détection et la correction d’erreurs afin de retrouver tous les bits du scalaire. La seconde attaque exploite une fuite due à la soustraction conditionnelle finale dans la multiplication modulaire de Montgomery. Une étude statistique de ces soustractions permet de remonter à l’enchaînement des multiplications ce qui met en échec un algorithme régulier dont les données d’entrée sont inconnues et masquées. Pour finir, nous avons prouvé formellement le niveau de sécurité de la contre-mesure contre les attaques par fautes du premier ordre nommée extension modulaire appliquée aux courbes elliptiques. / : Since the 1990s, side channel attacks have challenged the security level of cryptographic algorithms on embedded devices. Indeed, each electronic component produces physical emanations, such as the electromagnetic radiation, the power consumption or the execution time. Besides, these emanations reveal some information on the internal state of the computation. A wise attacker can retrieve secret data in the embedded device using the analyzes of the involuntary “leakage”, that is side channel attacks. This thesis focuses on the security evaluation of asymmetric cryptographic algorithm such as RSA and ECC. In these algorithms, the main leakages are observed on the modular multiplication. This thesis presents two attacks targeting the modular multiplication in protected algorithms, and a formal demonstration of security level of a countermeasure named modular extension. A first attack is against scalar multiplication on elliptic curve implemented with a regular algorithm and scalar blinding. This attack uses a unique acquisition on the targeted device and few acquisitionson another similar device to retrieve the whole scalar. A horizontal leakage during the modular multiplication over large numbers allows to detect and correct easily an error bit in the scalar. A second attack exploits the final subtraction at the end of Montgomery modular multiplication. By studying the dependency of consecutive multiplications, we can exploit the information of presence or absence of final subtraction in order to defeat two protections : regular algorithm and blinding input values. Finally, we prove formally the security level of modular extension against first order fault attacks applied on elliptic curves cryptography.

With continuing research into quantum computing, current public key cryptographic algorithms such as RSA and ECC will become insecure. These algorithms are based on the difficulty of integer factorization or discrete logarithm problems, which are difficult to solve on classical computers but become easy with quantum computers. Because of this threat, government and industry are investigating new public key standards, based on mathematical assumptions that remain secure under quantum computing. This paper investigates methods of improving the area and performance of one of the proposed algorithms for key exchanges, "NewHope." We describe a pipelined FPGA implementation of NewHope512cpa which dramatically increases the throughput for a similar design area. Our pipelined encryption implementation achieves 652.2 Mbps and a 0.088 Mbps/LUT throughput-to-area (TPA) ratio, which are the best known results to date, and achieves an energy efficiency of 0.94 nJ/bit. This represents TPA and energy efficiency improvements of 10.05× and 8.58×, respectively, over a non-pipelined approach. Additionally, we investigate replacing the large SHAKE XOF (hash) function with a lightweight Trivium based PRNG, which reduces the area by 32% and improves energy efficiency by 30% for the pipelined encryption implementation, and which could be considered for future cipher specifications. / Master of Science / Cryptography is prevalent in almost every aspect of our lives. It is used to protect communication, banking information, and online transactions. Current cryptographic protections are built specifically upon public key encryption, which allows two people who have never communicated before to setup a secure communication channel. However, due to the nature of current cryptographic algorithms, the development of quantum computers will make it possible to break the algorithms that secure our communications. Because of this threat, new algorithms based on principles that stand up to quantum computing are being investigated to find a suitable alternative to secure our systems. These algorithms will need to be efficient in order to keep up with the demands of the ever growing internet. This paper investigates four hardware implementations of a proposed quantum-secure algorithm to explore ways to make designs more efficient. The improvements are valuable for high throughput applications, such as a server which must handle a large number of connections at once.

Protocolos de autenticação e de estabelecimento de chaves são peças fundamentais em implementações de segurança para comunicação de dispositivos eletrônicos. Em aplicações que envolvam dispositivos com poder computacional restrito (tais como smartphones ou tablets) comunicando-se com um servidor, é primordial a escolha de protocolos eficientes e que necessitem de uma infraestrutura mais simples. Neste trabalho selecionamos e implementamos protocolos de acordo de chave seguros nos modelos de criptografia de chave pública baseado em identidade (ID-based) e sem certificado (Certificateless) em plataformas com processadores ARM. Comparamos tempos de execução, utilização de memória e uso do canal de comunicação. / Protocols for authentication and key establishment are fundamental parts in security implementations for electronic devices communication. In applications involving devices with limited computational power (such as smartphones and tablets) communicating with a server, the choice of efficient protocols that require a simpler infrastructure is essential. In this work we select and implement secure key agreement protocols in ID-based and Certificateless public key cryptography models on ARM processor platforms. We also compare running times, memory and network usage.

Cryptography algorithms like the Advanced Encryption Standard, Elliptic Curve Cryptography algorithms etc are designed using algebraic properties of finite fields. Thus performance of these algorithms depend on performance of the underneath field operations. Moreover, different algorithms use finite fields of widely varying order. In order to cater to these finite fields of different orders in an area efficient manner, it is necessary to design solutions in the form of hardware-consolidations, keeping the performance requirements in mind. Due to their small area occupancy and high utilization, such circuits are less likely to stay idle and therefore are less prone to loss of energy due to leakage power dissipation. There is another class of applications that rely on finite field algebra namely the various error detection and correction techniques. Most of the classical block codes used for detection of bit-error in communications over noisy communication channels apply the algebraic properties of finite fields. Cyclic redundancy check is one such algorithm used for detection of error in data in computer network. Reed-Solomon code is most notable among classical block codes because of its widespread use in storage devices like CD, DVD, HDD etc. In this work we present the architecture of a polymorphic multiplier for operations over various extensions of GF(2). We evolved the architecture of a textbook shift-and-add multiplier to arrive at the architecture of the polymorphic multiplier through a generalized mathematical formulation. The polymorphic multiplier is capable of morphing itself in runtime to create data-paths for multiplications of various orders. In order to optimally exploit the resources, we also introduced the capability of sub-word parallel execution in the polymorphic multiplier. The synthesis results of an instance of such a polymorphic multipliershowsabout41% savings in area with 21% degradation in maximum operating frequency compared to a collection of dedicated multipliers with equivalent functionality. We introduced the multiplier as an accelerator unit for field operations in the coarse grained runtime reconfigurable platform called REDEFINE. We observed about 40-50% improvement in performance of the AES algorithm and about 52×improvement in performance of Karatsuba-Ofman multiplication algorithm.

Protocolos de autenticação e de estabelecimento de chaves são peças fundamentais em implementações de segurança para comunicação de dispositivos eletrônicos. Em aplicações que envolvam dispositivos com poder computacional restrito (tais como smartphones ou tablets) comunicando-se com um servidor, é primordial a escolha de protocolos eficientes e que necessitem de uma infraestrutura mais simples. Neste trabalho selecionamos e implementamos protocolos de acordo de chave seguros nos modelos de criptografia de chave pública baseado em identidade (ID-based) e sem certificado (Certificateless) em plataformas com processadores ARM. Comparamos tempos de execução, utilização de memória e uso do canal de comunicação. / Protocols for authentication and key establishment are fundamental parts in security implementations for electronic devices communication. In applications involving devices with limited computational power (such as smartphones and tablets) communicating with a server, the choice of efficient protocols that require a simpler infrastructure is essential. In this work we select and implement secure key agreement protocols in ID-based and Certificateless public key cryptography models on ARM processor platforms. We also compare running times, memory and network usage.