FPGA implementation of finite automata public key cryptosystem.pdf Существует немного асимметричных шифров (RSA, El-Gamal, ECC), которые ис-пользуются на практике. Основным их недостатком является низкое быстродействие.При этом потребность в быстродействующих шифрах с небольшой длиной ключа оста-ется. В частности, это актуально для устройств с ограниченными ресурсами. В работеисследуется автоматный ассиметричный шифр FAPKC (Finite Automata Public KeyCryptosystem) [1-3] на пригодность к практическому использованию.В шифре FAPKC используются обратимые с задержкой автоматы, т.е. автоматы,у которых входное слово восстанавливается по выходному с задержкой на несколькотактов работы, а также автоматы с конечной памятью, значение выходного символадля которых зависит от значений конечного количества входных и выходных симво-лов в предыдущие такты работы. Закрытый ключ состоит из двух обратимых авто-матов A и B (нелинейного с задержкой 0 и линейного с задержкой т соответственно),обратные к которым могут быть построены с полиномиальной сложностью. Открытыйключ есть последовательная композиция автоматов A и B при известном начальномсостоянии. При этом по выбранному состоянию композиции вычисляются начальныесостояния A и B. При шифровании к открытому тексту добавляются произвольныет символов. Шифртекст есть реакция автомата открытого ключа в выбранном началь-ном состоянии на «расширенное» входное слово. Таким образом, длина шифртекстаувеличивается на т символов по сравнению с открытым текстом. При расшифрованиисначала находится реакция в автомата, обратного к B, в его начальном состояниина зашифрованное слово. Исходный открытый текст получается как реакция автома-та, обратного к A, в его начальном состоянии на входное слово в. Стойкость FAPKCоснована на сложности решения задачи декомпозиции нелинейного обратимого с за-держкой автомата с конечной памятью.Цель данной работы - изучение вопросов эффективности аппаратной реализациишифра FAPKC на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).Проведены исследования по выявлению зависимости количества используемых ресур-сов и производительности ПЛИС от параметров шифрсистемы (длины ключа, размер-ности линейного пространства, задержки шифрующего автомата, стойкости к различ-ным атакам), а также сравнение ПЛИС-реализаций шифров FAPKC и RSA.В частности, в САПР Xilinx WebPack ISE реализован оценочный вариант шифраFAPKC на ПЛИС Spartan-3 XC3S1500, для которого выявлена зависимость ресурсо-емкости и быстродействия от задержки, величина которой изменялась от 32 до 160.Оказалось, что увеличение задержки, а следовательно, длины ключа существенно вли-яет (в сторону увеличения) только на число используемых ресурсов ПЛИС, в то времякак максимальная рабочая частота ПЛИС убывает незначительно. Проведено сравне-ние шифра RSA-1024 [4] с вариантом FAPKC той же стойкости, результатом которогоявляется утверждение о том, что использование шифра FAPKC предпочтительнейкак с точки зрения производительности, так и с точки зрения числа используемыхресурсов. При этом коэффициент эффективности ПЛИС-реализации FAPKC (отно-шение производительности к количеству используемых ресурсов) на порядок лучшеэтого показателя для RSA. В целом, проведённые исследования показывают, что шифрFAPKC, реализованный на ПЛИС, пригоден для использования на практике и по срав-нению с RSA имеет существенно более высокое быстродействие и меньшую ресурсо-емкость.

Скачать электронную версию публикации