FPGA-friendly compact and efficient AES-like 8x8 S-Box

AHMET MALAL

FPGA-friendly compact and efficient AES-like 8x8 S-Box

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Enformatik Enstitüsü, Siber Güvenlik Anabilim Dalı, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: AHMET MALAL

Danışman: Cihangir Tezcan

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Gelişmiş Şifreleme Standardındaki (AES) ana katmanlardan biri, $8 \times 8$ S-Kutusunun $16$ kez kullanıldığı BaytDeğiştir katmanıdır. BaytDeğiştir katmanı karışıklık sağlar ve algoritmayı kriptanaliz tekniklerine dirençli hale getirir. Bu nedenle, algoritmanın güvenliği de büyük ölçüde bu katmana bağlıdır. Ancak, $8 \times 8$ S-Kutusunun FPGA platformlarında uygulamanın maliyeti, algoritmanın diğer katmanlarına göre oldukça yüksektir. Algoritmada S-Kutuları tekrar tekrar kullanıldığından, algoritmanın maliyeti büyük ölçüde bu katmandan gelmektedir. 2005 yılında Canright, FPGA dostu kompakt tasarımlar elde etmek için AES S-Kutusunu farklı matematiksel alanlarda ifade etti. Bu çalışmada, Canright'ın AES S-Kutusunu donanım platformlarında optimize etmek için kullandığı matematiksel yöntemlerinin aynısını kullandık. Amacımız AES S-Kutusunu daha da optimize etmek değil; FPGA platformları için yeterince güçlü ve kompakt olan başka bir $8 \times 8$ S-Kutusu oluşturmaktı. AES S-Kutusunun yapısında olduğu gibi ters alan işlemini kullanarak $8 \times 8$ S-Kutusu oluşturduk. Sonlu alanı temsil etmek için başka bir indirgenemez polinom kullanıp FPGA dostu kompakt ve verimli bir $8 \times 8$ S-Box elde ettik. Önerdiğimiz sonlu alan, Canright'ın sonuçlarına kıyasla Virtex-7 ve Artix-7 FPGA'larda 3.125$\%$ daha az kapı alanıyla kriptanaliz tekniklerine karşı aynı düzeyde güvenlik sağladığını tespit ettik. Ayrıca, önerdiğimiz S-Kutusu, Virtex-4 FPGA'larda $11.76\%$ daha az kapı ile gerçeklenebiliyor. Bu kapladığı alan iyileştirmeleri, kaynak kısıtlaması olan IoT cihazları için oldukça önemlidir ve algoritma paralelliği için S-Kutusunun daha fazla kopyalanarak kullanılmasına olanak sağlar. Bu nedenle, önerdiğimiz S-Kutusunun AES S-Kutusundan daha kompakt ve verimli olduğunu iddia ediyoruz.