Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται σχεδιασμούς και υλοποιήσεις σε υλικό αρχιτεκτονικών για κρυπτογραφικές συναρτήσεις κατακερματισμού. Στόχος ήταν η ανάπτυξη αρχιτεκτονικών πολλαπλών λειτουργιών για συναρτήσεις κατακερματισμού της οικογένειας Secure Hash Algorithms (SHA). Αναλυτικότερα, αρχικά έλαβε χώρα μελέτη τριών συναρτήσεων κατακερματισμού, και συγκεκριμένα των SHA-1, SHA-256 και SHA-512, καθώς και των αντίστοιχων αρχιτεκτονικών τους (τέσσερα στάδια pipeline). Στη μελέτη αυτή έγινε ανάλυση και εντοπισμός ομοιοτήτων και διαφορών των αρχιτεκτονικών αυτών, όσον αφορά τα δομικά τους στοιχεία και τις επιμέρους παραμέτρους τους. Με βάση τα αποτελέσματα αυτά, και αξιοποιώντας τις ομοιότητες των αρχικών αρχιτεκτονικών, σχεδιάστηκαν δύο αρχιτεκτονικές πολλαπλών λειτουργιών με τέσσερα στάδια pipeline: α) η SHA-1/256 που ενσωματώνει τις λειτουργίες των SHA-1 και SHA-256 αλγορίθμων και b) η SHA-1/256/512 που ενσωματώνει τις λειτουργίες και των τριών. Λόγω της παραπάνω αξιοποίησης, οι αρχιτεκτονικές αυτές παρουσιάζουν μικρή απώλεια σε ταχύτητα, ενώ ταυτόχρονα η επιφάνεια ολοκλήρωσης κρατείται σε χαμηλά επίπεδα. Η ορθή λειτουργία των παραπάνω αρχιτεκτονικών επιβεβαιώθηκε, αρχικά, μέσω εξομοίωσης με το ModelSim της Mentor Graphics, Στη συνέχεια, εκτελέστηκε σύνθεση και place-&-route των αρχιτεκτονικών σε FPGAs της Xilinx (οικογένειες Virtex-4, Virtex-5, Virtex-6) με χρήση της σουίτας Xilinx ISE Design Suite v12.1, από όπου προέκυψαν οι μετρικές της απόδοσής τους (συχνότητα, επιφάνεια, ρυθμαδόποση). Τέλος, πραγματοποιήθηκε, ενδεικτικά, υλοποίηση της αρχιτεκτονικής SHA-1/256 στο board Spartan 3E (xc3s500E) και εκ νέου επιβεβαίωση της ορθής λειτουργίας. / This thesis deals with the design and implementation in hardware architectures for cryptographic hash functions. The aim was to develop multi-mode architectures for the Secure Hash Algorithms (SHA) famylies. Specifically, the study initially held three hash functions, namely SHA-1, SHA-256 and SHA-512, as well as their respective architectures (four-stage pipeline). This study has analyzed and identified similarities and differences of these architectures, on their components and sub-parameters. Based on these results, and using the similarities of the original architecture, we designed two multi-mode architectures with four-stage pipeline: a) SHA-1/256 that integrates the functions of the SHA-1 and SHA-256 algorithms and b) the SHA -1/256/512 incorporating the functions of all three. Due to the above use, the architectures have little loss in speed, while the chip area is kept low. The proper functioning of these architectures was, initially, through simulation with ModelSim (Mentor Graphics), then performed synthesis and place-&-route architectures of FPGAs to Xilinx (families of Virtex-4, Virtex-5, Virtex-6) using the Xilinx ISE Design Suite v12.1, from which emerged the metrics of performance (frequency, area, throughput). Finally, for demonstration reasons, an implementation of the architecture SHA-1/256 board Spartan 3E (xc3s500E) and re-confirmation of its correct operation took place.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/5427 |
| Date | 31 August 2012 |
| Creators | Κομηνέας, Θεόδωρος |
| Contributors | Θεοδωρίδης, Γεώργιος, Komineas, Theodoros, Κουφοπαύλου, Οδυσσέας |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 6 |
Page generated in 0.0018 seconds