Low power secure SoC for IoT devices using lightweight cryptography acceleration
Nesnelerin interneti için hafif kriptografi hızlandırıcılı düşük güç tüketimli yonga üstü sistem tasarımı
- Tez No: 765553
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Son yıllarda yaygınlaşan Nesnelerin İnterneti (IoT), sayısal haberleşmeye dahil olan aygıtların sayısında ve çeşitliliğinde önemli miktarda artışa sebep olmuştur. Özellikle güç ve donanım kabiliyetleri sınırlı cihazların haberleşme esnasında kriptografiye ihtiyaç duyması, son yıllarda birçok Hafif Kriptografi (LWC) algoritmaları önerilmesine yol açmıştır. Farklı kapasiteye sahip ürünler için farklı algoritmaların kullanılması her ne kadar optimizasyon için yararlı olsa da, sahadaki bir ürünün birden fazla kriptografi algoritması kullanmak durumunda kalması ihtimalini doğurmaktadır. Bu tezin amacı, düşük güç tüketimli Yonga Üstü Sistemlerde (SoC) birden çok kriptografi algoritması destekleyecek donanım hızlandırıcıların tasarımını araştırmaktır. Ana fikir, farklı LWC algoritmalarının arasındaki benzerlikleri tespit ederek bu kısımların aynı donanımda gerçeklenmesini sağlamaktır. Hızlandırıcıların tasarımında tamamen donanıma dayalı ve donanım-yazılım işbirliği olacak şekilde iki yaklaşım denenmiş, hibrit yöntemin esnekliğe dayalı tasarımlar için daha uygun olduğu gözlemlenmiştir. Açık kaynak kodlu PicoRV32 işlemcisi kullanılarak yaptığımız SoC tasarımı üzerinde Ascon, TinyJAMBU ve Photon-Beetle olmak üzere üç algoritma destekleyebilen farklı hızlandırıcı tasarımları enerji verimliliği, donanım alanı kullanımı ve hız açısından karşılaştırılmıştır. Çoklu algoritma desteği için donanımsal çoklama ve FPGA üzerinde Dinamik Kısmi Yeniden Kendini Belirleme (DPSR) yöntemleri kullanılmış, bu yöntemler birbiriyle ve tekil hızlandırıcılarla karşılaştırılarak her birinin faydaları belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In recent years, the proliferation of the Internet of Things (IoT) has led to a major increase in the quantity and type of devices involved in digital communications. Various Lightweight Cryptography (LWC) algorithms have been proposed to answer the need of cryptography in constrained devices. Although using separate algorithms for products with varying capacities is advantageous for optimization, it creates the risk that a single product may need to support multiple cryptographic primitives. This thesis aims to find an efficient way of providing hardware acceleration for multiple cryptography algorithms in lightweight System-on-Chips (SoC). For this purpose, we present a design methodology that identifies the common portions across LWC algorithms and uses them to increase shared resources in the hardware. We explore two approaches to accelerator design: A fully-hardware approach and a hardware-software approach. Our observations indicate that the second approach, which employs an accelerator with a custom ISA, is more effective when designing for versatility. We leverage the open-source PicoRV32 processor to construct a lightweight SoC which employs various accelerators supporting Ascon, TinyJAMBU, and PHOTON-Beetle LWC algorithms. To enable multi-algorithm support, we utilize hardware multiplexing of unshared resources, as well as Dynamic Partial Self-Reconfiguration (DPSR) on FPGA. These implementations are compared with each other and with dedicated accelerators in terms of energy efficiency, area, and throughput. The associated tradeoffs and the conditions in which each variant is useful are determined.
Benzer Tezler
- Design of memory encryption and authentication for secureIoT edge devices
Güvenli IoT uç cihazları için bellek şifreleme ve doğrulama tasarımı
RECEP GÜNAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA
- Hardware implementation of a montgomery multiplier based low-power FIPS-compliant random prime number generator
Montgomery çarpıcı tabanlı düşük güçlü FIPS uyumlu rastgele asal sayı üreteci donanım uyarlaması
HALİL İBRAHİM KAYSİCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA
- Elektrikli araçlarda batarya ve şarj istasyonu konfigürasyonlarının istanbul metrobüs hattı üzerinden incelenmesi
Investigation of battery and charging station configurations in electric vehicles over the istanbul metrobus line
ANIL SATAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CANSIZ
- Low power advanced encryption standard (AES) implementation robust against side channel attacks
Yan kanal saldırılarına dayanıklı, düşük güç tüketen aes uygulaması
SERDAR ÜNAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA
- Kablosuz yerel alan ağlarında nesnelerin interneti için düşük güç tüketimli ve güvenli bir arabirim geliştirme uygulaması
Development of a secure interface with low energy for internet of things in wireless local area network
CANSU BEKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolErzincan ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET BARAN