Uluslararası veri şifreleme algoritmasının tampon yazmaçlı pipeline yapısı ile donanım uygulaması

Abstract

ULUSLARARASI VERİ ŞİFRELEME ALGORİTMASININ TAMPON YAZMAÇLI PİPELİNE YAPISI İLE DONANIM UYGULAMASI Seyit Ali Karaca Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü ÖZ Kriptografi, mesajları güvenli bir şekilde saklama tekniğidir. Burada şifrelenmek istenilen bilgiye açık bilgi, bir şifreleme anahtarı ile şifrelenen bilgiye kapalı bilgi adı verilir. Şifreleme anahtarı kullanılarak yapılan şifreleme işlemleri simetrik ve simetrik olmayan şifreleme olmak üzere ikiye ayrılırlar. Simetrik şifreleme algoritmaları kullanılarak yapılan bir iletişim ancak, alıcı ve verici tarafında aynı anahtarın kullanılmasıyla mümkündür. Böyle bir iletişimin güvenilir olması kullanılan anahtarın gizliliği esasına dayanır. Simetrik şifreleme algoritmaların en çok bilinenlerden birisi de Xuejia Lai ve James Massey tarafından geliştirilen Uluslararası Veri Şifreleme Algoritması (International Data Encryption Algorithm - IDEA) dır. Günümüzde IDEA algoritması güvenli veri iletişimi, kimlik belirleme ve onaylama işlemlerinde, elektronik posta güvenliği, güvenli ses ve görüntü uygulamalarında kullanılır. Günümüzdeki veri iletişiminin gerektirdiği yüksek hızlar düşünüldüğünde şifreleme algoritmalarının yazılım uygulamaları çoğu zaman yetersiz kalmaktadır. Böyle durumlarda ortaya çıkan darboğaz, donanımsal uygulamalar ile aşılabilmektedir. Bu tez çalışmasında da IDEA Algoritmasının bir cihaz olarak donanım tasarımı, Alan Programlanabilir Geçit Dizinleri (Field Programmable Gate Arrays - FPGA) ve Uygulamaya Özgü Tümleşik Devre (Application Specific Integrated Circuit - ASIC) üzerinde gerçeklenmiştir. Tasarımda yüksek bit akış hızları elde edebilmek için tampon yazmaçlı pipeline ve DDR IDEA uygulaması adı verilen yeni yöntemler geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Anahtar Kelimeler: IDEA, donanım, FPGA, ASIC, pipeline Danışman: Yrd. Doç. Dr. Ali Ziya ALKAR, Hacettepe Üniversitesi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

A HARDWARE IMPLEMENTATION OF INTERNATIONAL DATA ENCRYPTION ALGORITHM WITH BUFFERED PIPELINE STRUCTURE Seyit Ali Karaca Hacettepe University, Department of Electrical and Electronics Engineering ABSTRACT Cryptography is a technique of keeping messages in secure. The information required to encrypt is called as open data and the information encrypted by an encryption key is called as secret data. The encryption operation using an encryption key is split into two groups as symmetric and asymmetric. A communication system using symmetric encryption algorithms can only be established if the same key is used at both sides, transmitter and receiver. The security of such a communication system depends on the confidentiality of the key. One of the well-known symmetric key algorithms is IDEA (International Data Encryption Algorithm), which is developed by Xuejia Lai and James Massey. At present, the IDEA is used in secure data communication, authentication, e-mail security, secure speech and imaging applications. The software implementation of the encryption algorithms is rarely sufficient to meet the high data rates required in most of the communication systems. This problem can be overcome by using hardware implementation methods. In this thesis, a hardware implementation of an encryption device based on the IDEA Algorithm by using Field Programmable Gate Arrays (FPGA) and Application Specific Integrated Circuit (ASIC) is presented. To achieve high throughput rates buffered pipeline and DDR IDEA methods are designed and implemented in the design. Keywords: IDEA, hardware, FPGA, ASIC, pipeline Advisor: Asst. Prof. Ali Ziya ALKAR, Hacettepe University, Department of Electrical and Electronics Engineering