اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 34 |
| تعداد شماره‌ها | 1,306 |
| تعداد مقالات | 9,427 |
| تعداد مشاهده مقاله | 9,188,211 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,620,701 |
کاهش تاخیراجرای الگوریتم رمزنگاری پساکوانتوم InvBR-LWE در دستگاه های با منابع محدود | ||
| پدافند الکترونیکی و سایبری | ||
| مقاله 10، دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 49، اردیبهشت 1404، صفحه 131-143 اصل مقاله (1.17 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| نویسندگان | ||
| نادر شیری1؛ حاتم عبدلی* 2 | ||
| 1کارشناسی ارشد،دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران | ||
| 2استادیار،دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 18 آذر 1403، تاریخ بازنگری: 01 اسفند 1403، تاریخ پذیرش: 23 اسفند 1403 | ||
| چکیده | ||
| با گسترش دستگاه‌های اینترنت اشیاء و ظهور کامپیوترهای کوانتومی با چالش جدیدی مواجه هستیم که در زیرساخت‌های اینترنت اشیاء به‌عنوان بخشی از اینترنت و دنیای دیجیتال با حملات مخربی روبرو خواهیم بود. قدرت پردازش کامپیوترهای کوانتومی تا میلیون‌ها برابر کامپیوترهای کلاسیک است و درنتیجه الگوریتم‌های رمزنگاری کلاسیک در معرض شکسته شدن قرار می‌گیرند. همچنین محدودیت منابع در دستگاه‌های IoT و لبه، سختی کار را برای پیاده‌سازی الگوریتم‌های بزرگ و پیچیده دوچندان می‌کند؛ بنابراین نیاز به رویکردهای رمزنگاری سبک‌وزن و درعین‌حال مقاوم در برابر حملات کامپیوترهای کوانتومی و طبیعتاً کامپیوترهای کلاسیک داریم. بر این اساس که کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگ در 15-10 سال آینده در دسترس خواهند بود،NIST فرآیند استانداردسازی رمزنگاری پساکوانتومی را به‌منظور یافتن الگوریتم‌های کلید عمومی جدید و مقاوم در برابر رایانه‌های کوانتومی آغاز کرد. در میان انواع مختلف طرحهای رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتوم، رمزنگاری مبتنی بر مشبکه به‌عنوان یک طرح مقرون‌به‌صرفه و کارا، در حال گسترش است. طرحهای پیشنهادی مبتنی بر مشبکه براساس مسئله LWE و نوع سبک BR-LWE باهدف پوشش دستگاه‌های با منابع محدود، برای کاهش اندازه کلید و دستیابی به مساحت کمتر، خطاهای باینری را به کار می‌گیرند و درعین‌حال امنیت کافی برای برنامه‌های سبک‌وزن را نیز حفظ می‌کنند. پیاده‌سازی این الگوریتم با چالش‌هایی مانند زمان اجرا، تأخیر و منابع موردنیاز روبه‌رو است. در روش پیشنهادی، یک معماری کارآمد مبتنی بر LFSR برای اجرای موازی و مؤثر ضرب چندجمله‌ای و کاربرد آن در طرح InvBR-LWE ارائه شده است. با تجزیه ضرایب چندجمله‌ای A و B به گروه‌های متعدد و اجرای هم‌زمان در دو مدار موازی، زمان اجرای کل الگوریتم کاهش یافته است. نتایج سنتز بر روی تراشه FPGA نشان می‌دهد که طرح پیشنهادی نسبت به کارهای مشابه، به دلیل کاهش سیکل اجرا، تأخیر کل کمتری دارد و به‌طورکلی معیار ADP روش پیشنهادی تا 35% کاهش‌یافته است. با توجه به نتایج حاصل‌شده، طرح پیشنهادی می‌تواند باعث کاهش تأخیر در کاربردهای سبک‌وزن شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| رمزنگاری پساکوانتوم؛ InvBR-LWE؛ امنیت اینترنت اشیاء؛ ضرب چندجمله‌ای؛ پیاده‌سازی سخت‌افزاری؛ رمزنگاری مبتنی بر مشبکه؛ رمزنگاری سبک؛ FPGA | ||
| موضوعات | ||
| سخت افزار | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Reducing delay of InvBR-LWE PQC algorithm in limited-resources devices | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Nader Shiri1؛ Hatam Abdoli2 | ||
| 1Master's degree, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran | ||
| 2Assistant Professor, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| With the expansion of IoT devices and the emergence of quantum computers, new security challenges have arisen. One significant concern is the vulnerability of IoT infrastructure to malicious attacks, given its integral role in the Internet and digital ecosystems. Quantum computers possess processing power millions of times greater than that of classical computers, rendering traditional cryptographic algorithms susceptible to decryption. Furthermore, resource constraints in IoT and edge devices exacerbate the difficulty of implementing large and complex cryptographic algorithms. Consequently, there is a pressing need for lightweight cryptographic approaches that offer resistance to both quantum and classical attacks. Given that large-scale quantum computers are anticipated to become available within the next 10–15 years, the NIST has initiated the post-quantum cryptography standardization process to identify new public-key algorithms that can withstand quantum attacks. Among the various quantum-resistant cryptographic schemes, lattice-based cryptography has emerged as a promising, cost-effective, and efficient solution. Specifically, lattice-based schemes derived from LWE problem and BR-LWE model are designed to address the constraints of resource-limited devices. These schemes leverage binary errors to minimize key sizes and reduce hardware requirements while maintaining sufficient security for lightweight applications. However, implementing such algorithms presents challenges, including execution time, latency, and resource demands. In this study, an efficient LFSR-based architecture is proposed to facilitate parallel and efficient polynomial multiplication, which is critical for InvBR-LWE scheme. By decomposing polynomial coefficients and into multiple groups and executing them simultaneously in two parallel circuits, the overall execution time of the algorithm is significantly reduced. Synthesis results on an FPGA chip demonstrate that the proposed scheme achieves lower total latency than existing approaches due to a reduced execution cycle. Overall, the ADP criterion of the proposed method is improved by 35%. These findings indicate that the proposed scheme effectively reduces latency in lightweight cryptographic applications. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Post-quantum cryptography, InvBR-LWE, IoT Security, Lattice-Based Algorithms, polynomial multiplication, hardware implementation | ||
| مراجع | ||
|
[1] T. M. Fernández-Caramés, "From pre-quantum to post-quantum IoT security: A survey on quantum-resistant cryptosystems for the Internet of Things," IEEE Internet of Things Journal, vol. 7, no. 7, pp. 6457-6480, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/JIOT.2019.2958788. [2] S. Kumari, M. Singh, R. Singh, and H. Tewari, "A post-quantum lattice based lightweight authentication and code-based hybrid encryption scheme for IoT devices," Computer Networks, vol. 217, p. 109327, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.comnet.2022.109327. [3] H. Cheng, D. Dinu, J. Großschädl, P. B. Rønne, and P. Y. Ryan, "A lightweight implementation of NTRU Prime for the post-quantum internet of things," in Information Security Theory and Practice: 13th IFIP WG 11.2 International Conference, WISTP 2019, Paris, France, December 11–12, 2019, Proceedings 13, 2020: Springer, pp. 103-119, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-41702-4_7. [4] M. Schöffel, F. Lauer, C. C. Rheinländer, and N. Wehn, "Secure IoT in the era of quantum computers—Where are the bottlenecks?," Sensors, vol. 22, no. 7, p. 2484, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/s22072484. [5] A. Khalid, S. McCarthy, M. O’Neill, and W. Liu, "Lattice-based cryptography for IoT in a quantum world: Are we ready?," in 2019 IEEE 8th international workshop on advances in sensors and interfaces (IWASI), 2019: IEEE, pp. 194-199, doi: https://doi.org/10.1109/IWASI.2019.8791343. [6] B. Liu and H. Wu, "Efficient architecture and implementation for NTRUEncrypt system," in 2015 IEEE 58th international Midwest symposium on circuits and systems (MWSCAS), 2015: IEEE, pp. 1-4, doi: https://doi:10.1109/MWSCAS.2015.7282143. [7] M. Lowy, "Parallel implementation of linear feedback shift registers for low power applications," IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, vol. 43, no. 6, pp. 458-466, 1996, doi: https://doi: 10.1109/82.502318. [8] F. Rodriguez, N. Saqib, A. D. Pérez, and C. Koc, "Cryptographic Algorithms on Reconfigurable Hardware," Springer, 2006. [9] J. L. Imaña Pascual, "LFSR-based bit-serial GF (^ 2m) multipliers using irreducible trinomials," 2021, doi: http://dx.doi.org/10.1109/TC.2020.2980259. [10] J. L. Imana, P. He, T. Bao, Y. Tu, and J. Xie, "Efficient hardware arithmetic for inverted binary ring-lwe based post-quantum cryptography," IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 69, no. 8, pp. 3297-3307, 2022, doi: http://doi:10.1109/TCSI.2022.3169471. [11] B. S. Rawal and A. Biswas, "A comprehensive survey of post-quantum cryptography and its implications," Engineering Science & Technology, pp. 256-269, 2024, doi: https://doi.org/10.1145/3569457. [12] J.-P. Aumasson, Serious cryptography: a practical introduction to modern encryption. No Starch Press, Inc, 2024. [13] P. He, T. Bao, J. Xie, and M. Amin, "FPGA implementation of compact hardware accelerators for ring-binary-LWE-based post-quantum cryptography," ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems, vol. 16, no. 3, pp. 1-23, 2023, doi: https://doi.org/10.1145/3569457. [14] S. Ahmadunnisa and S. E. Mathe, "Multi-LFSR Architectures for BRLWE-Based Post Quantum Cryptography," IEEE Access, 2024, doi: https://doi:10.1109/ACCESS.2024.3426990. [15] J. Xie, K. Basu, K. Gaj, and U. Guin, "Special session: The recent advance in hardware implementation of post-quantum cryptography," in 2020 IEEE 38th VLSI Test Symposium (VTS), 2020: IEEE, pp. 1-10, doi: https://doi:10.1109/VTS48691.2020.9107585. [16] S. Ebrahimi, S. Bayat-Sarmadi, and H. Mosanaei-Boorani, "Post-quantum cryptoprocessors optimized for edge and resource-constrained devices in IoT," IEEE Internet of Things Journal, vol. 6, no. 3, pp. 5500-5507, 2019, doi: https://doi:10.1109/JIOT.2019.2903082. [17] J. Jung, H. Yoo, Y. Lee, and I.-C. Park, "Efficient parallel architecture for linear feedback shift registers," IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 62, no. 11, pp. 1068-1072, 2015. [18] Y. Tu, P. He, U. Guin, and J. Xie, "Low-Complexity Implementation of Lightweight Ring-LWE based Post-Quantum Cryptography." [19] Z. Liu, R. Azarderakhsh, H. Kim, and H. Seo, "Efficient software implementation of ring-LWE encryption on IoT processors," IEEE Transactions on Computers, vol. 69, no. 10, pp. 1424-1433, 2017, doi: https://DOI10.1109/TC.2017.2750146. [20] K. Shahbazi and S.-B. Ko, "Area and power efficient post-quantum cryptosystem for IoT resource-constrained devices," Microprocessors and Microsystems, vol. 84, p. 104280, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.micpro.2021.104280. [21] J. Xie, P. He, and W. Wen, "Efficient implementation of finite field arithmetic for binary ring-LWE post-quantum cryptography through a novel lookup-table-like method," in 2021 58th ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), 2021: IEEE, pp. 1279-1284, doi: https://doi:10.1109/TETC.2021.3091982. [22] J. Xie, P. He, X. Wang, and J. L. Imana, "Efficient Hardware Implementation of Finite Field Arithmetic $ AB+ C $ A B+ C for Binary Ring-LWE Based Post-Quantum Cryptography," IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing, vol. 10, no. 2, pp. 1222-1228, 2021, doi: https://doi:10.1109/TETC.2021.3091982. [23] T. Bao, J. L. Imaña, P. He, and J. Xie, "Work-in-progress: High-performance systolic hardware accelerator for rblwe-based post-quantum cryptography," in 2022 International Conference on Hardware/Software Codesign and System Synthesis (CODES+ ISSS), 2022: IEEE, pp. 5-6. [24] K. Seyhan, T. N. Nguyen, S. Akleylek, and K. Cengiz, "Lattice-based cryptosystems for the security of resource-constrained IoT devices in post-quantum world: a survey," Cluster Computing, vol. 25, no. 3, pp. 1729-1748, 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s10586-021-03380-7. [25] T. Liu, G. Ramachandran, and R. Jurdak, "Post-quantum cryptography for internet of things: a survey on performance and optimization," arXiv preprint arXiv:2401.17538, 2024, doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2401.17538. [26] V. Lyubashevsky, C. Peikert, and O. Regev, "On ideal lattices and learning with errors over rings," Journal of the ACM (JACM), vol. 60, no. 6, pp. 1-35, 2013, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-13190-5_1. [28] O. Regev, "On lattices, learning with errors, random linear codes, and cryptography," Journal of the ACM (JACM), vol. 56, no. 6, pp. 1-40, 2009, doi: https://doi.org/10.1145/1568318.1568324. [29] B. J. Lucas et al., "Lightweight hardware implementation of binary ring-LWE PQC accelerator," IEEE Computer Architecture Letters, vol. 21, no. 1, pp. 17-20, 2022, doi: https://doi:10.1109/LCA.2022.3160394. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 123 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 59 |
||