Bài viết nghiên cứu về thuật toán mã hóa khối hạng nhẹ Crypt(BM)- _64A và mô hình đánh giá hiệu quả trên phần cứng có khả năng tái cấu hình FPGA (Field-programmable gate array). Trên cơ sở đó tiến hành thực thi thuật toán mã hóa khối Crypt(BM)_64A trên chip Virtex6-XC6VLX75T/FF484 ở chế độ vòng mã hóa cơ sở để đánh giá tính phù hợp của nó cho các ứng dụng không dây thông qua các chi phí về tài nguyên, thông lượng,...
TNU Journal of Science and Technology 226(16): 204 - 211 ABOUT A LIGHTWEIGHT BLOCK CIPHER, HIGH-SPEED ENCRYPTION ON VIRTEX6 CHIP GEARED TOWARDS WIRELESS SENSOR NETWORKS Do Thi Bac*, Au The Linh TNU - University of Information and Comunication Technology ARTICLE INFO ABSTRACT Received: 04/8/2021 The article of the study is the lightweight block cipher Crypt(BM)_64A and the performance evaluation model on FPGA (Field-programmable gate array) reconfigurable hardware On that basis, the researcher executed the Crypt(BM)_64A block cipher on the Virtex6-XC6VLX75T/FF484 chip in the base cipher ring mode to evaluate its suitability for wireless applications through the cost of resources, throughput, etc At the same time, the study also compared the efficiency of the Crypt(BM)_64A algorithm with the widely used encryption algorithms like the in the AES competition Thereby the study will help system developers to have more grounds to choose the right encryption data security solution for each specific intensive application that the system is expecting to target The results of research and the implementation of block cipher Crypt(BM)_64A on FPGA with Vertex6 series XC6VLX75T/FF484 confirmed that Crypt(BM)_64A is a complete lightweight block cipher algorithm which is suitable for applications for wireless sensor networks with high integration efficiency, low cost of the area, ensuring compactness, limited power dissipation through high- clock Revised: 15/11/2021 Published: 15/11/2021 KEYWORDS Lightweight block cipher Field-programmable gate array Block cipher Wireless sensor network CSPN (controllable permutation network) VỀ MỘT THUẬT TOÁN MÃ KHỐI HẠNG NHẸ, MÃ HÓA TỐC ĐỘ CAO TRÊN CHIP VIRTEX6 HƯỚNG TỚI ỨNG DỤNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Đỗ Thị Bắc*, Âu Thế Linh Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thơng – ĐH Thái Ngun THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Bài báo nghiên cứu thuật tốn mã hóa khối hạng nhẹ Crypt(BM)_64A mơ hình đánh giá hiệu phần cứng có khả tái Ngày hồn thiện: 15/11/2021 cấu hình FPGA (Field-programmable gate array) Trên sở tiến hành thực thi thuật tốn mã hóa khối Crypt(BM)_64A chip Ngày đăng: 15/11/2021 Virtex6-XC6VLX75T/FF484 chế độ vịng mã hóa sở để đánh giá tính phù hợp cho ứng dụng khơng dây thơng qua TỪ KHĨA chi phí tài nguyên, thông lượng, Đồng thời, nghiên cứu Mã hóa khối hạng nhẹ thực so sánh hiệu thuật toán Crypt(BM)_64A với số thuật toán mã hóa sử dụng rộng rãi thuật tốn Cơng nghệ FPGA thi AES Qua giúp nhà phát triển hệ thống có thêm Mã khối việc lựa chọn giải pháp bảo mật liệu mã hóa Mạng cảm biến không dây phù hợp cho ứng dụng chuyên sâu cụ thể mà hệ thống dự kiến CSPN (mạng hoán vị thay điều hướng tới Kết nghiên cứu thực thi thuật tốn mã hóa khối khiển được) Crypt(BM)_64A FPGA với dịng Vertex6 mã hiệu XC6VLX75T/FF484 khẳng định, Crypt(BM)_64A thuật tốn mã hóa khối hạng nhẹ hoàn toàn phù hợp với ứng dụng cho mạng cảm biến không dây với hiệu tích hợp cao; chi phí diện tích thấp, đảm bảo tính gọn nhẹ; tiêu hao lượng hạn chế thông qua xung nhịp cao DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.4843 Ngày nhận bài: 04/8/2021 * Corresponding author Email: dtbac@ictu.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn 204 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(16): 204 - 211 Giới thiệu Với bùng nổ cách mạng công nghệ số ngày nay, phát triển mạnh mẽ dịch vụ số, kèm theo việc giữ thơng tin, an tồn bảo mật liệu hệ thống luôn trọng để nâng cao độ nhiều phương diện độ an tồn, tính hiệu Tuy nhiên, năm gần tính hiệu nhà phát triển ứng dụng đánh giá mong đợi Bản chất thuật toán bảo mật truyền thống khơng cịn phù hợp hệ thống nói chung đặc biệt ứng dụng chuyên biệt mạng cảm biến không dây (WSN-Wireless Sensor Networks), điện thoại di động, thiết bị cầm tay PDA,… Đặc trưng thiết bị tính hạn chế nguồn lượng, hạn chế khả tính tốn, hạn chế diện tích bề mặt, u cầu làm việc môi trường khắc nghiệt khác nhau, lĩnh vực khác yêu cầu tính an tồn bảo mật chúng lại khơng giảm, địi hỏi tốc độ truyền thông cao, đáp ứng chế độ thời gian thực, giá thành rẻ,… [1] Vì vậy, việc xây dựng thuật tốn mã hóa chun biệt nhằm hướng đến ứng dụng riêng mạng truyền thông không dây tốc độ cao đạt hiệu cao thiết kế yếu tố quan trọng, cấp thiết phù hợp với phát triển công nghệ ngày Đây vấn đề nhà khoa học mật mã quan tâm, đại diện nghiên cứu [2]-[8] thuật toán mật mã khối sở mạng hoán vị thay điều khiển (CSPN-Controlled Substitution Permutation Network) nhằm đáp ứng cho yêu cầu tốc độ đường truyền, thời gian thực, giá thành rẻ, hiệu sử dụng cao Do vậy, giải pháp đảm bảo yêu cầu mã hóa hạng nhẹ nhằm ứng dụng cho hệ thống cảm biến như: phản hồi thời gian thực, chi phí thiết bị thấp, diện tích nhỏ, tiêu hao lượng ít, xong tốc độ xử lý cao Mặt khác, xây dựng thuật toán mã khối hạng nhẹ, tốc độ cao cho ứng dụng cụ thể, tiêu chí thường quan tâm như: tính an toàn, giá thành, lượng tiêu thụ, tốc độ mã hóa giải mã, diện tích nhớ, khả chống lại thám mã vi sai,… Do đó, để có nhiều lựa chọn thuật tốn phù hợp với ứng dụng đó, báo chúng tơi chứng minh tính phù hợp thuật tốn Crypt(BM)_64A [4] mã khối hạng nhẹ, tốc độ cao phù hợp với tiêu chí hướng tới là: Cài đặt FPGA cụ thể, ứng dụng mạng cảm biến khơng dây địi hỏi hiệu tốc độ cao Bài báo tổ chức sau: Phần 1, giới thiệu tổng quan; Phần 2, trình bày thuật tốn; Phần 3, trình bày thơng số đánh giá thực FPGA; Phần 4, triển khai thực CHIP Virtex6-XC6VLX75T/FF484 kết luận Mơ hình thiết kế hình thức thuật tốn mã hóa Crypt(BM)_64A Crypt(BM)_64A thuật tốn phát triển nhóm tác giả Đỗ Thị Bắc Nguyễn Hiếu Minh [4] Đây thuật toán thiết kế nhằm hướng tới sử dụng mạng cảm biến không dây với nhiều ưu cơng bố trước độ an tồn khả thay đổi khóa phiên thường xun Crypt(BM)_64A thiết kế theo mơ hình song song vịng mã hóa sở CSPN thiết kế theo phương pháp đồng Crypt(BM)_64A có độ dài khối 64 bit, với 10 vịng biến đổi khóa có độ dài 128 bit 192 bit 256 bit Crypt(BM)_64A xây dựng sở phần tử ngun thủy Q2/1 Sơ đồ vịng mã hóa sở Crypt(BM)_64A hình 1a Quá trình thiết kế CSPN sử dụng thuật tốn mơ tả sau: Q2/1 Q4/4 Q16/32 Chi tiết thiết kế phần tử thuật tốn mơ tả hình Q trình thực thuật tốn mơ tả sau: Thuật tốn Crypt(BM)_64A 64 bit liệu vào chia thành khối A B, khối có kích thước 32 bit For j = to {(A, B) Crypt(e)(A, B, Qj,Uj ); (A, B) (B, A)} {(A, B) Crypt(e)(A, B, Q10,U10 )} {(A, B) (A Q11, B U11) http://jst.tnu.edu.vn 205 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 226(16): 204 - 211 Trong hình hốn vị mơ tả sau: I = (1) (2, 9) (3, 17) (4, 25) (5) (6, 13) (7, 21) (8, 29) (9,2) (10) (11, 18) (12, 26) (13, 6) (14) (15, 22) (16, 30) (17,3) (18,11) (19) (20, 27) (21, 7) (22,15) (23) (24, 31) (25,4) (26, 12) (27, 20) (28) (29,8) (30, 16) (31, 24) (32); I1 = (1,9) (2,13) (3,10) (4,14) (5,11) (6,15) (7,12) (8,16) (9,1) (10, 3) (11,5) (12,7) (13,2) (14, 4) (15,6) (16, 8); P = (1) (2,5) (3,9) (4,13) (5, 2) (6) (7,10) (8,14) (9, 3) (10, 7) (11) (12,15 (13, 4) (15, 12) (16) Khối mở rộng E xây dựng sau: E(X) = (X, X