О производительности блочных шифров, основанных на клеточных автоматах, при их реализации на графических процессорах


https://doi.org/10.7463/rdopt.0616.0850899

Полный текст:


Аннотация

Широкое применение в задачах информационной безопасности получили блочные шифры. Статья посвящена вопросам реализации и тестированию производительности симметричных блочных шифров, основанных на обобщенных клеточных автоматах, построенных с помощью методов, разработанных автором ранее, при программной реализации на графических процессорах NVIDIA GTX 650, NVIDIA GTX 770, AMD R9 280X.

Реализация производилась с использованием интерфейса OpenCL. Использовались шифры с 4 раундами, число шагов обобщенного клеточного автомата в каждом раунде выбиралось из списка: 8, 12, 16; длина блока составляла 128 битов. В качестве графа клеточного автомата использовался модифицированный граф Любоцкого-Филипса-Сарнака. Производительность полученной реализации для режима счетчика и режима ECB составила от 90 до 380 Мбит/с, в зависимости от параметров, что сопоставимо с производительностью традиционных блочных шифров, таких как AES, DES, BLOWFISH, CAST, RC6, IDEA на CPU. В то же время, производительность в режиме CBC составляла от 7 до 29 Мбит/с.

Учитывая, что криптоалгоритмы, основанные на обобщенных клеточных автоматах, предназначены для аппаратной реализации, достигнутый уровень производительности в режимах ECB и счетчика существенно расширяет область применения данных блочных шифров, фактически делая возможным их использование на любом вычислительном устройстве, имеющем GPU, в том числе на персональных компьютерах, ноутбуках, планшетах, смартфонах и др.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, в рамках научного проекта №16-07-00542 а.


Об авторе

П. Г. Ключарёв
МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва
Россия


Список литературы

1. Ключарев П.Г. Блочные шифры, основанные на обобщённых клеточных автоматах // Наука и образование. Электронное научно-техническое издание. 2012. № 12.

2. Ключарев П.Г. Обеспечение криптографических свойств обобщённых клеточных автоматов // Наука и образование. Электронное научно-техническое издание. 2012. № 3.

3. Ключарев П.Г. Построение псевдослучайных функций на основе обобщённых клеточных автоматов // Наука и образование. Электронное научно-техническое издание. 2012. № 10.

4. Ключарев П.Г. Производительность и эффективность аппаратной реализации поточных шифров, основанных на обобщенных клеточных атоматах // Наука и образование. Электронное научно-техническое издание. 2013. № 10. — C. 299-314.

5. Ключарёв П.Г. Реализация криптографических хэш-функций, основанных на обобщенных клеточных автоматах, на базе ПЛИС: производительность и эффективность // Наука и образование. Электронное научно-техническое издание. 2014. № 1.

6. Панасенко С.П. Алгоритмы шифрования: классификация алгоритмов шифрования и методов их вскрытия, новейшая история симметричного шифрования, описание алгоритмов : специальный справочник. — Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2009. — 564 с.

7. Смарт Н. Криптография: [для специалистов, работающих в обл. защиты информ., специалистов-разраб. програм. обеспечения]. — М. : Техносфера, 2005. — 525 с.

8. Алферов А.П. Основы криптографии. — М. : Гелиос АРВ, 2002. — 480 с.

9. Aggarwal K., Saini J.K., Verma H.K. Performance Evaluation of RC6, Blowfish, DES, IDEA, CAST-128 Block Ciphers // International Journal of Computer Applications. 2013. Т. 68. № 25.

10. Bernstein D.J., Schwabe P. New AES software speed records. Springer, 2008. — 322-336.

11. Eberly D.H. GPGPU Programming for Games and Science. Taylor & Francis, 2014.

12. Gaster B., Howes L., Kaeli D.R., Mistry P., Schaa D. Heterogeneous Computing with OpenCL: Revised OpenCL 1.2 Edition. : Elsevier Science, 2012.

13. Kaeli D.R., Mistry P., Schaa D., Zhang D.P. Heterogeneous Computing with OpenCL 2.0. : Elsevier Science, 2015.

14. Kowalik J., Puźniakowski T. Using OpenCL: Programming Massively Parallel Computers. : IOS Press, 2012.

15. Scarpino M. OpenCL in Action: How to Accelerate Graphics and Computation. : Manning, 2012.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Ключарёв П.Г. О производительности блочных шифров, основанных на клеточных автоматах, при их реализации на графических процессорах. Радиостроение. 2016;(6):24-34. https://doi.org/10.7463/rdopt.0616.0850899

For citation: Klyucharev P.G. On the Performance of GPU-Implemented Block Ciphers Based on Generalized Cellular Automata. Radio Engineering. 2016;(6):24-34. (In Russ.) https://doi.org/10.7463/rdopt.0616.0850899

Просмотров: 132

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)