Implementace šifrovacích algoritmů v jazyce VHDL

Abstract

Tato práce se zabývá návrhem a implementací šifrovacích algoritmů DES a AES, operující v režimu CTR. Navržené moduly jsou implementovány v jazyce VHDL a slouží k umístění do programovatelných hradlových polí FPGA, konkrétně pro zařízení Intel Arria 10 SX 480. Algoritmy jsou optimalizovány s cílem dosáhnout maximální propustnosti za použití rozvinutí a vnitřního zřetězení iterací algoritmů. Navržený šifrovací modul DES dosahuje propustnosti 26.2 Gbit/s při obvodové frekvenci 410 MHz, a modul AES dosahuje propustnosti 34.6 Gbit/s při obvodové frekvenci 271 MHz, což je řádově tisícinásobné zrychlení oproti softwarovým implementacím stejných algoritmů pro vestavěné procesory.The thesis deals with the design and implementation of the encryption algorithms DES and AES, operating in the CTR mode. The designed modules are implemented in the VHDL language and are mapped in the FPGA Intel Arria 10 SX 480. Algorithms are optimized for maximum throughput using loop unrolling and inner pipelining. The encryption module for DES reaches throughput of 26.2 Gbit/s with the circuit operating 410 MHz, and the module for AES reaches throughput of 34.6 Gbit/s with the circuit operating at 271 MHz. The reached throughput is in the order of thousand times faster than of the same encryption algorithms implemented in software for built-in microprocessors.