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.

Είναι ευρέως αποδεκτό ότι η ασφάλεια δεδομένων έχει ήδη ξεκινήσει να διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στον σχεδιασμό μελλοντικών συστημάτων τεχνολογίας πληροφορίας (IT – Information Technology). Μέχρι πριν από λίγα χρόνια, ο υπολογιστής αποτελούσε την κινητήρια δύναμη της ψηφιακής επικοινωνίας. Πρόσφατα, ωστόσο, έχει γίνει μια μετατόπιση προς τις εφαρμογές τεχνολογίας πληροφορίας που υλοποιούνται σαν ενσωματωμένα συστήματα. Πολλές από αυτές τις εφαρμογές στηρίζονται σε μεγάλο βαθμό σε μηχανισμούς ασφαλείας, περιλαμβάνοντας την ασφάλειας για ασύρματα τηλέφωνα, φαξ, φορητούς υπολογιστές, συνδρομητική τηλεόραση, καθώς και συστήματα προστασίας από αντιγραφή για audio / video καταναλωτικά προϊόντα και ψηφιακούς κινηματογράφους. Το γεγονός ότι ένα μεγάλο μέρος των ενσωματωμένων εφαρμογών είναι ασύρματο, καθιστά το κανάλι επικοινωνίας ιδιαίτερα ευάλωτο και φέρνει στο προσκήνιο την ανάγκη για ακόμη μεγαλύτερη ασφάλεια. Παράλληλα με τα ενσωματωμένα συστήματα, η εκρηκτική ανάπτυξη των ψηφιακών επικοινωνιών έχει επιφέρει πρόσθετες προκλήσεις για την ασφάλεια. Εκατομμύρια ηλεκτρονικές συναλλαγές πραγματοποιούνται κάθε μέρα, και η ταχεία ανάπτυξη του ηλεκτρονικού εμπορίου κατέστησε την ασφάλεια ένα θέμα ζωτικής σημασίας για πολλές καταναλωτές. Πολύτιμες επιχειρηματικές ευκαιρίες , καθώς επίσης και πολλές υπηρεσίες πραγματοποιούνται κάθε μέρα μέσω του Διαδικτύου και πλήθος ευαίσθητων δεδομένων μεταφέρονται από ανασφαλή κανάλια επικοινωνίας σε όλο τον κόσμο. Η επιτακτική ανάγκη για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων, κατέστησε πολύ σημαντική την συμβολή της κρυπτογραφίας, και δημιούργησε μια πολύ υποσχόμενη λύση, με την οποία ενσωματωμένα συστήματα σε συνδυασμό με κρυπτογραφικά πρωτόκολλα, θα μπορούσαν να μας οδηγήσουν στην εξασφάλιση των επιθυμητών αποτελεσμάτων. Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζουμε την υλοποίηση ενός ενσωματωμένου συστήματος, εμπλουτισμένο με κρυπτογραφικά πρωτόκολλα, που ουσιαστικά μεταμορφώνει έναν κοινό ηλεκτρονικό υπολογιστή σε ένα ισχυρό Crypto System PC, και έχει σαν κύρια αρμοδιότητα να μπορεί να επικοινωνεί με ένα υπολογιστικό σύστημα και να στέλνει πληροφορίες για την κατάσταση του μέσω ασφαλούς σύνδεσης διαδικτύου σε κάποιον απομακρυσμένο υπολογιστή ελέγχου/καταγραφής συμβάντων σε ώρες που δεν είναι εφικτή η παρουσία εξειδικευμένου προσωπικού για τον έλεγχο του. Αξιολογούμε την απόδοση του και την λειτουργία του με την εκτέλεση διάφορων πειραμάτων, ενώ επίσης προτείνουμε λύσεις για πιο ιδανικές και αποδοτικές συνθήκες λειτουργίας για μελλοντικές εφαρμογές. / It is widely recognized that data security already plays a central role in the design of future IT systems.Until a few years ago, the PC had been the major driver of the digital economy. Recently, however, there has been a shift towards IT applications realized as embedded systems.Many of those applications rely heavily on security mechanisms, including security for wireless phones, faxes, wireless computing, pay-TV, and copy protection schemes for audio/video consumer products and digital cinemas. Note that a large share of those embedded applications will be wireless, which makes the communication channel especially vulnerable and the need for security even more obvious. In addition to embedded devices, the explosive growth of digital communications also brings additional security challenges. Millions of electronic transactions are completed each day, and the rapid growth of eCommerce has made security a vital issue for many consumers. Valuable business opportunities are realized over the Internet and megabytes of sensitive data are transferred and moved over insecure communication channels around the world. The urgent need to face these problems has made the contribution of cryptography very important , and created a very promising solution, in which embedded systems in combination with cryptographic protocols, could lead us to obtain the desired results. In this paper, we present the implementation of an embedded system, enriched with cryptographic protocols, which turns a common computer into a powerful Crypto System PC, and has as its primary responsibility to be able to communicate with a computer system and send information for its situation through secure internet connections to a remote computer which is responsible for recording of events, when there is not qualified staff to control the computer system. We evalauate its performance and operation, by executing various experiments and we also suggest solutions for more optimal and efficient operating conditions for future applications.