مروري بر پياده‌سازي‌هاي سخت‌افزاري سبك‌وزن رمز AES

A Survey on Lightweight Hardware Implementation of AES

وسايل با منابع محدود حافظه، توان و انرژي، مانند حس‌گرهاي بي­سيم شبكه و RFID-ها داراي نيازمندي­هاي امنيتي هستند كه پياده­سازي الگوريتم­هاي رمزنگاري به‌صورت معمول روي اين وسايل مناسب نبوده و منجر به مصرف زياد منابع مي‌شود. يك راه حل، طراحي الگوريتم­هاي جديد رمز سبك­وزن است كه اغلب اين الگوريتم­ها نسبت به الگوريتم­هاي استاندارد داراي سطح امنيتي پايين­تري هستند. راه حل دوم پياده ­سازي الگوريتم­هاي استاندارد مانند رمز قالبي AES به‌صورت سبك‌وزن است كه در اين نوع پياده­ سازي از روش‌هايي مانند به‌اشتراك‌گذاري منابع، پياده سازي S-box با مدارات تركيبي، انتقال محاسبات روي ميدان متناهي از يك پايه به پايه ديگر و محاسبات در پرواز استفاده مي­شود. با توجه به اينكه تاكنون پياده­سازي­هاي فشرده AES از لحاظ ميزان مصرف ناحيه، انرژي، توان و توان عملياتي به‌صورت جامع بررسي نشده­اند، در اينجا مهم­ترين پياده­سازي­هاي سخت­افزاري سبك­وزن ارائه‌شده براي رمز AES بررسي و ارزيابي شده­اند. اين معيارهاي ارزيابي شامل مقدار گيت مصرفي، تعداد كلاك موردنياز رمزنگاري/رمزگشايي، توان عمليات، مصرف توان، انرژي و تركيب آن­ها است. بررسي­هاي ما نشان مي­دهد با تلاش­هاي صورت‌گرفته از الگوريتم­هاي استاندارد مانند AES رمز در كاربردهاي با منابع محدود ناحيه در حد 2000 الي 3000 گيت و انرژي محدود در حد چند پيكو ژول به راحتي مي­توان استفاده كرد. برخي از اين موفقيت­ها نتيجه پيشرفت فناوري مدارات CMOS و برخي نيز نتيجه ارائه معماري مناسب سخت­افزاري، خلاقيت در زمان­بندي يك عمليات رمزنگاري و استفاده بهينه از منابع است.

Devices such as wireless sensor networks and RFIDs have limited memory, power and energy. They have security requirements so that the usual implementation of cryptographic algorithms is not appropriate for them and leads to high consumption of resources. One solution is designing new lightweight algorithms that have a lower security level than standard algorithms. The second solution is implementing standard algorithms such as AES block cipher as a lightweight algorithm. In this type of implementation, some techniques such as resource sharing, S-box implementation with combinational circuits, mapping computations finite fields from one base to another base and on the fly computation are used. In this paper, the most important lightweight implementations of AES are evaluated. The criteria considered for this evaluation include gate count, the number of clocks required for an encryption/decryption operation, throughput, power, energy and the combination of themes. Studies show that we can use standard encryption algorithms in applications with limited area between 2000-3000 GE and a small amount of energy, for example a few PJ. Some of these successes are achieved due to advancements in CMOS circuit technology and some others are the result of designing suitable hardware architecture, exact scheduling of cryptographic operations and efficient use of resources.