Návrh hardwarového šifrovacího modulu

Tato diplomová práce pojednává o problematice kryptografických systémů a šifrovacích algoritmů, u nichž je rozebráno, jak fungují, kde se využívají a jak se implementují v praxi. V první kapitole jsou uvedeny základní kryptografické pojmy, rozdělení algoritmů na symetrické a asymetrické a zhodnocení jejich použití a spolehlivostí. Následující kapitoly popisují substituční a transpoziční šifry, blokové a proudové šifry, z nichž je většina šifrovacích algoritmů odvozena. V neposlední řadě jsou jmenovány a popsány režimy, v nichž šifry pracují. Ve čtvrté kapitole jsou popsány principy některých konkrétních šifrovacích algoritmů. Cílem je přiblížit podstatu fungování jednotlivých algoritmů. U těch složitějších algoritmů jako DES a GOST jsou pro lepší představu přiložena bloková schémata popisující průběh a pořadí prováděných operací. V závěru každého algoritmu je uveden příklad jeho použití v praxi. Následující pátá kapitola pojednává o tématu hardwarové implementace šifer. V této kapitole je porovnána hardwarová implementace se softwarovou a to hlavně z praktického úhlu pohledu. Jsou popsány různé prostředky návrhu implementace a různé programovací jazyky pro návrh hardwarové implementace algoritmů. U programovacích jazyků jsou uvedeny jejich vývoj, výhody a nevýhody. Kapitola šestá pojednává o samotném návrhu vybraných šifrovacích algoritmů. Konkrétně se jedná o návrh hardwarové implementace proudové šifry s generátorem pseudonáhodné posloupnosti založeným na LFSR navrhnuté v jazyku VHDL a také v programu Matlab. Jako druhý návrh hardwarové implementace byla zvolena bloková šifra GOST. Tato byla navržena v jazyce VHDL. Funkce obou návrhů implementací šifrovacích algoritmů byly otestovány a výsledky zhodnoceny.
This diploma’s thesis discourses the cryptographic systems and ciphers, whose function, usage and practical implementation are analysed. In the first chapter basic cryptographic terms, symmetric and asymetric cryptographic algorithms and are mentioned. Also usage and reliability are analysed. Following chapters mention substitution, transposition, block and stream ciphers, which are elementary for most cryptographic algorithms. There are also mentioned the modes, which the ciphers work in. In the fourth chapter are described the principles of some chosen cryptographic algorithms. The objective is to make clear the essence of the algorithms’ behavior. When describing some more difficult algorithms the block scheme is added. At the end of each algorithm’s description the example of practical usage is written. The chapter no. five discusses the hardware implementation. Hardware and software implementation is compared from the practical point of view. Several design instruments are described and different hardware design programming languages with their progress, advantages and disadvantages are mentioned. Chapter six discourses the hardware implementation design of chosen ciphers. Concretely the design of stream cipher with pseudo-random sequence generator is designed in VHDL and also in Matlab. As the second design was chosen the block cipher GOST, which was designed in VHDL too. Both designs were tested and verified and then the results were summarized.