Biện pháp thỏa đáng bảo mật vô tuyến với FPGA và ASIC

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp ngành viễn thông Biện pháp thỏa đáng bảo mật vô tuyến với FPGA và ASIC

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Nội dung đề tài

1 Giới thiệu chung về bảo mật vô tuyến3 Kiến trúc bảo mật mạng GSM

5 Kiến trúc bảo mật mạng W-CDMA

7 Ứng dụng FPGA trong bảo mật vô tuyến

Bảo mật vô tuyến

1 Nhận thực2 Tính tin cậy3 Tính toàn vẹn4 Tính khả dụng

Yêu cầu:

Các thu t toán mã hoá ậ

1 Mã hóa khóa đối xứng

2 Mã hóa khóa bất đối xứng3 Hàm băm

4 Mã nhận thực bản tin5 Chữ ký điện tử

6 Chuẩn mã hóa DES và AES

Mã hóa khóa đối xứng

Mã hóa khóa bất đối xứng

Bản tin

Khóa bí mật

Khóa công khai

Khóa công khai

Quản lý khóa mật mã

• Tạo khóa

• Lưu trữ khóa• Phân phối khóa• Thay đổi khóa• Hủy khóa

Kiến trúc bảo mật GSM

T ¶iB¸o hiÖu

Kiến trúc bảo mật mạng GSM

Các thành phần bảo mật GSM

• AuC• HLR• VLR

Thủ tục mã hóa dữ liệu trong GSM

ThuËt to¸n A5

ThuËt to¸n A5

D÷ liÖu ban ®Çu

KcGiao diÖn Um

Sè ngÉu nhiªn

Ki

Bảo mật GSM

• Sử dụng các thuật toán mã hóa bí mật

• Khóa mã hóa trực tiếp dữ liệu Kc được sinh

Kiến trúc bảo mật W-CDMA

Kiến trúc bảo mật mạng W-CDMA

• Yêu cầu bảo mật:

Thuật toán đảm bảo tính tin cậy của

bản tin báo hiệu và số liệu – f8

• Đảm bảo tính tin cậy của cả thông tin báo hiệu và số liệu.

• Là thuật toán mã hóa xoắn để tạo chuỗi khóa để XOR với thông tin cần truyền

• Sử dụng cả ở phía thu và phía phát.

Thuật toán đảm bảo tính toàn vẹn

của bản tin báo hiệu – f9

• Sử dụng ở cả phía phát và phía thu.

• Tính toán mã nhận thực bản tin (MAC) ở cả hai phía.

KASUMI

Thuật toán mã hóa khối KASUMI

nhau, phụ thuộc vào tập khóa vòng

• Thuật toán là đối xứng, dùng chung cho cả mã

hoá và giải mã

• Có khả năng cài đặt cả trên phần mềm lẫn

ỨNG DỤNG FPGA TRONG

BẢO MẬT VÔ TUYẾN

Thiết kế thuật toán KASUMI trên FPGA

• Thuật toán KASUMI cho phép cài đặt cả trên

phần mềm và phần cứng:

– Cài đặt trên phần mềm bằng ngôn ngữ assembly

chạy trên bộ xử lý Intel Pentium III – 800 MHz đạt tốc độ mã hóa tối đa 230 Mbps.

– Cài đặt trên FPGA – 50 000 cổng : 800 Mbps.

– Cài đặt trên FPGA, phiên bản nhỏ gọn – 7600 cổng :

72 Mbps

• Thiết kế thuật toán KASUMI, phiên bản nhỏ

gọn sử dụng tối thiểu tài nguyên FPGA

– Thiết kế phân cấp theo các hàm FL, FO, FI, S-box

Thuật toán KASUMI

Thuật toán KASUMI

Kết luận

• Nghiên cứu các thủ tục nhận thực và bảo

mật trong mạng GSM và W-CDMA.

• Nghiên cứu các thuật toán mã hóa đối xứng

và bất đối xứng, đặc biệt là thuật toán KASUMI ứng dụng trong W-CDMA.

• Tìm hiểu phương pháp thiết kế thuật toán

KASUMI trên FPGA.

Xin chân thành cảm ơn!

CPLD và FPGA

CPLD và FPGA

• Bao gồm các cổng logic (AND, OR, NOT)

có khả năng cấu hình được.

• Cho phép cấu hình lại ngay trong hệ

thống, chỉ trong vài giây.

• Mật độ tích hợp cao

• Giải pháp hiệu quả cao, giá rẻ

FPGA - Field Programmable Gate Array

Liên kết cấu hình được

Khối I/O (IOB)

Khối Logic cấu hình được (CLB)Bộ đệm

ba trạng thái

Khối quản lý đồng hồ (DCM)

Cấu trúc CLB và Slice

Mỗi CLB gồm bốn Slice

• Ma trận chuyển mạch cung cấp truy nhập tới các tài nguyên chung

• Định tuyến tới các Slice hoặc CLB khác

Cấu trúc chi tiết một Slice

• LUT• MUX

• Logic nhớ• Flip-Flop