Implementación eficiente de cifrados de bloques basados en ARX en microcontroladores AVR de 8 bits
Autores: Kim, YoungBeom; Kwon, Hyeokdong; An, SangWoo; Seo, Hwajeong; Seo, Seog Chung
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Implementación eficiente de cifrados de bloques basados en ARX en microcontroladores AVR de 8 bitsCategoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Internet de las cosas
Cifrado
Algoritmos criptográficos
Cifradores de bloques coreanos basados en ARX
Modo CTR
Microcontroladores AVR
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
Con el desarrollo de Internet de las cosas (IoT), los datos intercambiados a través de la red han aumentado significativamente. Para asegurar los datos sensibles con la información personal del usuario, es necesario cifrar los datos transmitidos. Dado que los dispositivos inalámbricos con recursos limitados suelen utilizarse para los servicios de IoT, es necesario optimizar el rendimiento de los algoritmos criptográficos que son tareas intensivas en computación. En este documento, presentamos implementaciones eficientes de Cifradores de Bloque Coreanos basados en ARX (HIGHT y LEA) con el modo de operación CounTeR (CTR), y CTR_DRBG, uno de los Generadores de Bits Aleatorios Deterministas más ampliamente utilizados, en Microcontroladores AVR de 8 bits (MCUs). Dado que los MCUs AVR de 8 bits son ampliamente utilizados para varios tipos de dispositivos IoT, los seleccionamos como la plataforma objetivo en este documento. Presentamos una implementación eficiente de HIGHT y LEA aprovechando al máximo la propiedad del modo CTR, donde el valor de nonce es fijo y solo cambia el valor del contador durante el cifrado. En nuestra implementación, el costo de las llamadas a funciones adicionales que surgen por la generación de una tabla de búsqueda se puede reducir. Con respecto a CTR_DRBG, identificamos varias partes que no necesitan ser calculadas. Por lo tanto, precomputar esas partes de forma offline y usarlas online puede resultar en mejoras de rendimiento para CTR_DRBG. Además, aplicamos varias técnicas de optimización aprovechando al máximo las características de los dispositivos objetivo con códigos de ensamblador AVR en MCUs AVR de 8 bits. Nuestra forma propuesta de generación de tablas puede reducir el costo de construir una tabla de precomputación en alrededor del 6.7% y 9.1% en el caso de LEA y HIGHT, respectivamente. Las implementaciones propuestas de LEA y HIGHT con el modo CTR en MCUs AVR de 8 bits proporcionan un rendimiento mejorado del 6.3% y 3.8%, respectivamente, en comparación con los mejores resultados anteriores. Nuestras implementaciones son las más rápidas en comparación con las implementaciones anteriores de LEA y HIGHT en MCUs AVR de 8 bits. Además, las implementaciones propuestas de CTR_DRBG en AVR proporcionan un mejor rendimiento en un 37.2% y 8.7% cuando el cifrador de bloque subyacente es LEA y HIGHT, respectivamente.
Descripción
Con el desarrollo de Internet de las cosas (IoT), los datos intercambiados a través de la red han aumentado significativamente. Para asegurar los datos sensibles con la información personal del usuario, es necesario cifrar los datos transmitidos. Dado que los dispositivos inalámbricos con recursos limitados suelen utilizarse para los servicios de IoT, es necesario optimizar el rendimiento de los algoritmos criptográficos que son tareas intensivas en computación. En este documento, presentamos implementaciones eficientes de Cifradores de Bloque Coreanos basados en ARX (HIGHT y LEA) con el modo de operación CounTeR (CTR), y CTR_DRBG, uno de los Generadores de Bits Aleatorios Deterministas más ampliamente utilizados, en Microcontroladores AVR de 8 bits (MCUs). Dado que los MCUs AVR de 8 bits son ampliamente utilizados para varios tipos de dispositivos IoT, los seleccionamos como la plataforma objetivo en este documento. Presentamos una implementación eficiente de HIGHT y LEA aprovechando al máximo la propiedad del modo CTR, donde el valor de nonce es fijo y solo cambia el valor del contador durante el cifrado. En nuestra implementación, el costo de las llamadas a funciones adicionales que surgen por la generación de una tabla de búsqueda se puede reducir. Con respecto a CTR_DRBG, identificamos varias partes que no necesitan ser calculadas. Por lo tanto, precomputar esas partes de forma offline y usarlas online puede resultar en mejoras de rendimiento para CTR_DRBG. Además, aplicamos varias técnicas de optimización aprovechando al máximo las características de los dispositivos objetivo con códigos de ensamblador AVR en MCUs AVR de 8 bits. Nuestra forma propuesta de generación de tablas puede reducir el costo de construir una tabla de precomputación en alrededor del 6.7% y 9.1% en el caso de LEA y HIGHT, respectivamente. Las implementaciones propuestas de LEA y HIGHT con el modo CTR en MCUs AVR de 8 bits proporcionan un rendimiento mejorado del 6.3% y 3.8%, respectivamente, en comparación con los mejores resultados anteriores. Nuestras implementaciones son las más rápidas en comparación con las implementaciones anteriores de LEA y HIGHT en MCUs AVR de 8 bits. Además, las implementaciones propuestas de CTR_DRBG en AVR proporcionan un mejor rendimiento en un 37.2% y 8.7% cuando el cifrador de bloque subyacente es LEA y HIGHT, respectivamente.