Original title: Efektivní hashovací algoritmy pro vysokorychlostní FPGA aplikace
Translated title: Efficient Hashing Algorithms for High-Speed FPGA Applications
Authors: Schwarz, Ondřej ; Zachariášová, Marcela (referee) ; Matoušek, Jiří (advisor)
Document type: Bachelor's theses
Year: 2026
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract: [cze] [eng]
Hashovací funkce představují klíčovou součást moderní vysokorychlostní síťové infrastruktury. V aplikacích pro FPGA jsou využívány primárně k implementaci hardwarových vyhledávacích tabulek; pro efektivní vyhledávání je přitom nezbytné využít algoritmy s vysokou kvalitou výstupu. V rámci této práce byly v jazyce VHDL implementovány čtyři moderní hashovací algoritmy: nekryptografický SpookyHash, kryptografické algoritmy SipHash a Chaskey a experimentální funkce PCASD včetně jejich variant. Implementace těchto algoritmů byly následně porovnány z hlediska odolnosti proti kolizím, propustnosti, latence a spotřeby logických zdrojů. Výsledky ukazují, že SpookyHash exceluje ve všech sledovaných metrikách, a představuje tak optimální volbu pro systémy, kde nehrozí cílený útok. Z kryptografických algoritmů disponuje nejvyšší propustností a nejnižší spotřebou hardwarových zdrojů algoritmus Chaskey, v oblasti počáteční latence jej však předčil SipHash. U modifikované implementace algoritmu PCASD a odvozeného algoritmu PCARX byla prokázána schopnost funkcí založených na paralelních hashovacích stromech a celulárních automatech konkurovat kvalitou výstupu zavedeným sekvenčním protějškům. Byla předvedena jak jejich výhoda v podobě nízké počáteční latence, tak i vyšší nároky na spotřebu logických zdrojů. Hash functions are a critical component of modern high-speed network infrastructure. In FPGA applications, they are primarily utilized for implementing hardware lookup tables; to ensure efficient searching, hashing algorithms with high-quality outputs are required. Within the scope of this work, four modern hashing algorithms and their variants were selected and implemented in VHDL: the non-cryptographic SpookyHash, the cryptographic SipHash and Chaskey, and the experimental PCASD. These implementations were subsequently compared based on collision resistance, throughput, latency, and logic resource utilization. SpookyHash excels in all measured metrics, making it the optimal choice for systems where intentional attacks are not a concern. Among the cryptographic algorithms, Chaskey offers the highest throughput and lowest resource utilization; however, it is outperformed by SipHash in terms of initial latency. Furthermore, the modified implementation of the PCASD algorithm and the derived PCARX algorithm demonstrate that hash functions based on parallel hash trees and cellular automata can compete with established sequential counterparts in terms of hash quality. Their advantage in initial latency was demonstrated, albeit at the cost of higher logic resource utilization.
Keywords: cryptography.; FPGA; hashing functions; FPGA; hashovací funkce; kryptografie.

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/11012/258784

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-776317


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