Аналіз апаратної підтримки криптографії у пристроях інтернету речей

Автор(и)

  • Ярослав Романович Совин Національний університет «Львівська Політехніка»
  • Юрій Маркіянович Наконечний Національний університет «Львівська Політехніка»
  • Іван Романович Опірський Національний університет «Львівська Політехніка»
  • Марта Юріївна Стахів Національний університет «Львівська Політехніка»

DOI:

https://doi.org/10.18372/2225-5036.24.12491

Ключові слова:

криптоакселератори, ІоТ, мікроконтролери, вбудовані системи, шифрування, хеш, ГВЧ

Анотація

У даній статті проаналізовано характеристики та функціональні можливості вбудованих криптоакселераторів у 8/16/32-бітових мікроконтролерах загального призначення, покликаних адаптувати традиційну криптографію до вимог пристроїв Інтернету речей. Встановлено, що традиційні криптоалгоритми і протоколи, що застосовуються в мережі Інтернет при програмній реалізації не відповідають вимогам, які ставляться до пристроїв Інтернету речей. Показано тенденції розвитку легковагової криптографії та криптоакселераторів у мікроконтролерах з точки зору балансу безпеки, вартості і продуктивності. Оцінено виграш в продуктивності при застосуванні криптоакселераторів для шифрування, хешування та генерації випадкових чисел у порівнянні з оптимізованими програмними реалізаціями. Звертається увага на методи захисту криптоакселераторів від атак через сторонні канали, у першу чергу атак на енергоспоживання, що становлять головну небезпеку.

Біографії авторів

Ярослав Романович Совин, Національний університет «Львівська Політехніка»

Рік та місце народження: 1979 рік, м. Львів, Україна.

Освіта: Національний університет «Львівська Політехніка», 2001 рік.

Посада: доцент кафедри захисту інформації з 2011 року.

Наукові інтереси: безпека вбудованих систем, апаратна криптографія, легковагова криптографія, ефективна реалізація криптографічних алгоритмів у вбудованих системах та ІоТ з підвищеною стійкістю до фізичних атак, атаки через сторонні канали.

Публікації: понад 40 наукових публікацій, серед яких наукові статті, навчальний посібник, тези та матеріали доповідей на конференціях.

Юрій Маркіянович Наконечний, Національний університет «Львівська Політехніка»

Рік та місце народження: 1973 рік, м. Львів, Україна.

Освіта: Державний університет «Львівська Політехніка», 1995 рік.

Посада: доцент кафедри захисту інформації з 2011 року.

Наукові інтереси: синтез нейронних мереж, адаптивні системи захисту інформації з використанням нейромережевих технологій, системи менеджменту в інформаційній безпеці.

Публікації: понад 30 наукових публікацій, серед яких наукові статті, монографія, навчальний посібник, тези та матеріали доповідей на конференціях.

Іван Романович Опірський, Національний університет «Львівська Політехніка»

Рік та місце народження: 1987 рік, м. Сімферополь, АР Крим, Україна.

Освіта: Національний університет «Львівська Політехніка», 2008 рік.

Посада: старший викладач кафедри захисту інформації з 2015 року.

Наукові інтереси: методи і засоби технічного захисту інформації, проектування комплексних систем захисту інформації, лазерні системи акустичної розвідки, математичні методи та моделі захисту інформації, спецвимірювання.

Публікації: більше 50 наукових публікацій, серед яких наукові статті, монографія, навчальний посібник, тези та матеріали доповідей на конференціях.

Марта Юріївна Стахів, Національний університет «Львівська Політехніка»

Рік та місце народження: 1978 рік, м. Львів, Україна.

Освіта: Національний університет «Львівська Політехніка», 2000 рік.

Посада: старший викладач кафедри захисту інформації з 2007 року.

Наукові інтереси: теорія інформації та кодування, методи і засоби технічного захисту інформації, безпека інформаційних технологій, проектування комплексних систем захисту інформації, математичні методи моделювання та оптимізації процесів.

Публікації: понад 20 наукових публікацій, серед яких наукові статті, тези та матеріали доповідей на конференціях.

Посилання

D. Evans, «The Internet of Things: How the Next Evolution of the Internet Is Changing Everything». URL: https://www.cisco.com/c/dam/en_us /about/ac79/docs/innov/IoT_IBSG_0411FINAL.pdf.

NIST SP 800-38D: Recommendations for Block Cipher Modes of Operation: Galois/Counter Mode (GCM) and GMAC. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 39 p., 2007.

CAESAR: Competition for Authenticated Encryption: Security, Applicability, and Robustness. URL: http://competitions.cr.¬yp.to /caesar.html.

S. Gueron, «Intel Advanced Encryption Standard (AES) Instructions Set». URL: https:// software.intel.com/sites/default/files/m/d/4/1/d/8/AES_WP_Rev_03_Final_2010_01_26.pdf.

S. Gueron, «AES-GCM for Efficient Authenticated Encryption Ending the Reign of HMAC-SHA-1?». URL: https://crypto.stanford.edu/RealW orldCrypto/slides/gueron.pdf.

Intel, «Intel Architecture Instruction Set Extensions Programming Reference». URL: https:// software.intel.com/sites/default/files/managed/b4/3a/319433024.pdf?_ga=1.118002441.1853754838.1418826886.

С. Смышляев, Е. Алексеев, А. Прохоров, «ГОСТ 28147-89: «Не спеши его хоронить». Часть 2. Эффективные реализации алгоритма». URL: http://www.cryptopro.ru/en/blog/2015/01/14/gost-28147-89-ne-speshi-ego-khoronit-chast-2-effektivnye-realizatsii-algoritma.

Intel, «Digital Random Number Generator. Software Implementation Guide». URL https://softw are.intel.com/sites/default/files/manage/4d/91/DRNG_Software_Implementation_Guide_2.0.pdf.

Cryptovia cryptographic libraries for embedded systems. URL: http://cryptovia.com/cryp tographic-libraries-for-avr-cpu/.

S. Didla, A. Ault, S. Bagchi, «Optimizing AES for embedded devices and wireless sensor networks», Proceedings of the 4th Int. Conf. on Testbeds and research infrastructures for the development of networks & communities, p. 1-10, 2008.

D. Flowers, H. Schlunder, «Data Encryption Routines for PIC24 and dsPIC Devices». URL: http:// ww1.microchip.com/downloads/ en/AppNotes/AN1044a.pdf.

K. Atasu, L. Breveglieri, M. Macchetti, «Effic ient AES implementations for ARM based platforms», Proceedings of the ACM symposium on Applied computing, p. 841-845, 2004.

Ekelund. Low Energy AES Hardware for Microcontroller, Thesis, Moss, 96 p., 2009.

D. Osvik, «Fast embedded software has hing». URL: https://eprint.iacr.org/ 2012/156.pdf.

J. Birr-Pixton, «Benchmarking Modern Auth enticated Encryption on €1 devices». URL: https://jb p.io/2015/06/01/modern-auth entica ted-encryption-for-1-euro.html.

Atmel, «XMEGA AU Manual». URL: https: //eewiki.net/download/attachments/31588436/XMEGAAU_Manual.pdf?version=1&modificationDate=1396389661997&api=v2.

STMicroelectronics, «RM0031. Reference Manual». URL: http://www.st.com/content/cc/resou rce/technical/document/reference_manual/2e/3b/8c/8f/60/af/4b/2c/CD00218714.pdf/files/CD00218714.pdf/jcr:content/translations/en.CD00218714.pdf.

Silicon Labs, «User Manual. C8051F96x». URL: https://www.silabs.com/documents/public/da ta-sheets/C8051F96x.pdf.

Texas Instruments, «User's Guide. MSP430x5xx/6xx Family». URL: http://www.ti.com /lit/ug/slau208q/slau208q.pdf.

Texas Instruments, «User's Guide. MSP430FR58xx/59xx/68xx, and MSP430FR69xx Fa mily». URL: http://www.ti.com/lit/ug/slau367o/sla u367o.pdf.

Microchip Technology, «PIC24FJ128GA204 Family. Datasheet». URL: http://ww1.micrchip.com/d ownloads/en/DeviceDoc/30010038c pdf.

Atmel, «SAM7XC512/256/128 Datasheet». URL: http://ww1.microchip.com/downloads/en/Device Doc/Atmel-6209-32-bit-ARM7TDMIMicro controller-SAM7XC512-SAM7XC256-SAM7XC128_Da tasheet.pdf.

Atmel, «SAM L21 Family Datasheet». URL: http://www.farnell.com/data sheets/2014285.pdf.

Atmel, «SAM D5x/E5x Family Datasheet». URL: https://www.mouser.com/ds/2/268/60001507 A-1130176.pdf.

Atmel, «SAM E70/S70/V70/V71 Family Datasheet».URL: https://www.mous er.com/ds/2/268 /60001527A-1284321.pdf.

Texas Instruments, «Technical Reference Manual. MSP432P4xx Family». URL: http://www.ti.c om/lit/ug/slau356h/slau356h.pdf.

Texas Instruments, «Tiva TM4C129D NCPDT Microcontroller Datasheet». URL: http://www.ti.com/lit/ ds symlink/tm4c129dncpdt.pdf.

Renesas Electronics, «Renesas 32-Bit MCU RX Family / RX600 Series. RX65N Group, RX651 Group User’s Manual: Hardware». URL: https://media.di gkey.com/pdf/Data%20Sheets/Renesas/RX65N_RX651_Group_HM_Rev2.10_Oct2017.pdf.

Renesas Electronics, «Advanced Synergy Security». [Online]. Available at: https://www2.renesa s.eu/syn_conf_downloads/it/Lectures/15%20Advanced%20Synergy%20Security.pdf.

Silicon Labs, «SiM3U1xx/C1xx Reference Manual». URL: https://www.silabs.com/documents/ public/data-sheets/SiM3U1xx-SiM3¬C1xx-RM.pdf.

Silicon Labs, «EFM32 Giant Gecko 11 Family Reference Manual». URL: https://ww.silabs.com/documen ts/public/referencemanuals/EFM32GGRM.pdf.

STMicroelectronics, «STM32H7x3 advanced ARM-based 32-bit MCUs. Reference Manual». URL: http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/reference_manual/group0/c9/a3/76/fa/55/46/45/fa/DM00314099/files/DM00314099.pdf/jcr:content/translations/en.DM00314099.pdf.

А. Самоделов, «Криптография в отдельном блоке: криптографический сопроцессор семейства STM32F4xx», Новости Электроники, № 6 (108), с. 12-25, 2012.

Я. Совин, Ю. Наконечний, М. Стахів, «Дослідження характеристик вбудованого генератора випадкових чисел мікроконтролерів родини STM32F4XX згідно з методикою NIST STS», Вісник НУ «Львівська політехніка». Серія «Автоматика, вимірювання та керування», № 753, c. 37-44, 2013.

##submission.downloads##

Номер

Том 24 № 1 (2018)

Розділ

Криптологія