Design and implementation of a versatile hardware crypto IP for symmetric and asymmetric algorithms

Abstract

Η εργασία αυτή περιλαμβάνει έξι κεφάλαια. Το κεφάλαιο 1 περιέχει μία σύντομη εισαγωγή στην κρυπτογραφία, αναλυτική περιγραφή των αλγορίθμων συμμετρικού και δημόσιου κλειδιού που υλοποιήθηκαν, καθώς και μια αναφορά στις εφαρμογές του καθενός στην καθημερινή ζωή. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η συνολική αρχιτεκτονική του Crypto IP: τα κύρια κυκλώματα που υλοποιούν του αλγόριθμους και μία διεπαφή για επικοινωνία με τον ευρέως χρησιμοποιούμενο διάδρομο AMBA ώστε το Crypto IP να έχει τη δυνατότητα διασύνδεσης σε ένα Σύστημα επί Ψηφίδας. Στα κεφάλαια 3, 4 και 5 γίνεται αναλυτική περιγραφή της υλοποίησης του κάθε κρυπτογραφικού κυκλώματος με αναφορά στις δυνατότητες παραμετροποίησης του από τον χρήστη. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται μία σύντομη αναφορά στον τρόπο επαλήθευσης της ορθής λειτουργίας των κυκλωμάτων αυτών σε μια πλακέτα FPGA με τη χρήση ενός εξωτερικού ελεγκτή που τα τροφοδοτεί με τις κατάλληλες περιπτώσεις ελέγχου. Η εργασία ολοκληρώνεται με ένα παράρτημα στο οποίο παραθέτονται κάποιοι βασικοί πίνακες που χρησιμοποιούνται στους αλγορίθμους DES και AES.

This thesis includes six chapters. Chapter 1 contains a brief introduction in cryptography, a detailed description of the implemented symmetric-key and public-key algorithms, as well as references in each one’s applications in the daily life. In the second chapter the overall architecture of the Crypto IP is described: the main circuits implementing the cryptographic algorithms and a communication interface with the widely used AMBA bus so that the IP can be connected to a System on Chip. In chapters 3, 4 and 5 there is a detailed description of the implementation of each cryptographic circuit as well as a reference to the parameters which can be configured by the user. In chapter 6 there is a brief reference in the way that the functionality of these circuits was verified on an FPGA board using an external controller which feeds the circuits with the proper test cases. This thesis ends with an Appendix where the basic tables used by DES and AES algorithm are mentioned.