Geri Dön

Low power secure SoC for IoT devices using lightweight cryptography acceleration

Nesnelerin interneti için hafif kriptografi hızlandırıcılı düşük güç tüketimli yonga üstü sistem tasarımı

  1. Tez No: 765553
  2. Yazar: HİKMET SEHA ÖZTÜRK
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA

  2. 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

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA

  3. 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

    Türkçe

    2022

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET CANSIZ

  4. 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

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FAİK BAŞKAYA

  5. 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

    Türkçe

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolErzincan Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET BARAN