Original title: Návrh hardwarového šifrovacího modulu
Translated title: Design of hardware cipher module
Authors: Bayer, Tomáš ; Stančík, Peter (referee) ; Sobotka, Jiří (advisor)
Document type: Master’s theses
Year: 2009
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract: [cze] [eng]
Tato diplomová práce pojednává o problematice kryptografických systémů a šifrovacích algoritmů, u nichž je rozebráno, jak fungují, kde se využívají a jak se implementují v praxi. V první kapitole jsou uvedeny základní kryptografické pojmy, rozdělení algoritmů na symetrické a asymetrické a zhodnocení jejich použití a spolehlivostí. Následující kapitoly popisují substituční a transpoziční šifry, blokové a proudové šifry, z nichž je většina šifrovacích algoritmů odvozena. V neposlední řadě jsou jmenovány a popsány režimy, v nichž šifry pracují. Ve čtvrté kapitole jsou popsány principy některých konkrétních šifrovacích algoritmů. Cílem je přiblížit podstatu fungování jednotlivých algoritmů. U těch složitějších algoritmů jako DES a GOST jsou pro lepší představu přiložena bloková schémata popisující průběh a pořadí prováděných operací. V závěru každého algoritmu je uveden příklad jeho použití v praxi. Následující pátá kapitola pojednává o tématu hardwarové implementace šifer. V této kapitole je porovnána hardwarová implementace se softwarovou a to hlavně z praktického úhlu pohledu. Jsou popsány různé prostředky návrhu implementace a různé programovací jazyky pro návrh hardwarové implementace algoritmů. U programovacích jazyků jsou uvedeny jejich vývoj, výhody a nevýhody. Kapitola šestá pojednává o samotném návrhu vybraných šifrovacích algoritmů. Konkrétně se jedná o návrh hardwarové implementace proudové šifry s generátorem pseudonáhodné posloupnosti založeným na LFSR navrhnuté v jazyku VHDL a také v programu Matlab. Jako druhý návrh hardwarové implementace byla zvolena bloková šifra GOST. Tato byla navržena v jazyce VHDL. Funkce obou návrhů implementací šifrovacích algoritmů byly otestovány a výsledky zhodnoceny. This diploma’s thesis discourses the cryptographic systems and ciphers, whose function, usage and practical implementation are analysed. In the first chapter basic cryptographic terms, symmetric and asymetric cryptographic algorithms and are mentioned. Also usage and reliability are analysed. Following chapters mention substitution, transposition, block and stream ciphers, which are elementary for most cryptographic algorithms. There are also mentioned the modes, which the ciphers work in. In the fourth chapter are described the principles of some chosen cryptographic algorithms. The objective is to make clear the essence of the algorithms’ behavior. When describing some more difficult algorithms the block scheme is added. At the end of each algorithm’s description the example of practical usage is written. The chapter no. five discusses the hardware implementation. Hardware and software implementation is compared from the practical point of view. Several design instruments are described and different hardware design programming languages with their progress, advantages and disadvantages are mentioned. Chapter six discourses the hardware implementation design of chosen ciphers. Concretely the design of stream cipher with pseudo-random sequence generator is designed in VHDL and also in Matlab. As the second design was chosen the block cipher GOST, which was designed in VHDL too. Both designs were tested and verified and then the results were summarized.
Keywords: A5; block cipher; Cipher Block Chaining mode; Cipher-Feedback mode; Counter mode; cryptoanalysis; cryptography; cryptology; Data Encryption Standard (DES); deciphering; Electronic Codebook mode; enciphering; Enigma; GOST 28147-89; Handel-C; hardware design programming languages; hardware enciphering; hardware implementation design of GOST cipher; hardware implementation design of stream cipher; hardware implementation of algorithm; HDL; initialization vector; International Data Encryption Algorithm (IDEA); Linear Feedback Shift Register (LFSR); Output-Feedback mode; P-box permutation; Pseudo-Random-Sequence Generator; RC4; real Random-Sequence Generator; rotor machines; S-box substitution; software enciphering; stream cipher; substitution and transposition ciphers; symetric and asymetric ciphers; SystemC; SystemCrafter; SystemVerilog; Verilog; VHDL; Vigenr cipher; A5; bloková šifra; Data Encryption Standard (DES); dešifrování; Enigma; generátor pseudonáhodné posloupnosti; generátor reálné náhodné posloupnosti; GOST 28147-89; Handel-C; hardwarová implementace algoritmu; hardwarové šifrování; HDL; inicializační vektor; International Data Encryption Algorithm (IDEA); kryptoanalýza; kryptografie; kryptologie; Linear Feedback Shift Register (LFSR); návrh hardwarové implementace proudové šifry; návrh hardwarové implementace šifry GOST; P-box permutace; programovací jazyky pro popis hardware; proudová šifra; RC4; režim Cipher Block Chaining; režim Cipher-Feedback; režim Electronic Codebook; režim Output-Feedback; režim čítače; rotorové stroje; S-box substituce; softwarové šifrování; substituční a transpoziční šifry; symetrické a asymetrické šifry; SystemC; SystemCrafter; SystemVerilog; Verilog; VHDL; Vigenrova šifra; šifrování

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/10170

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-547294


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Master’s theses