Co-diseño Hardware/Software para Criptografía de Curva Elíptica sobre plataformas en chip heterogéneas

Vallejo Miguel, David-Ken
Resano Ezcaray, Jesús Javier (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas, Área de Arquitectura y Tecnología de Computadores

Ingeniero en Informática

Resumen: Recientemente ha aparecido en el mercado un nuevo tipo de sistemas en chip heterogéneos que incluyen un multiprocesador basado en procesadores ARM y una FPGA (hardware programable al que se pueden asignar aceleradores en tiempo de ejecución). El objetivo de este trabajo ha sido el analizar cómo sacar partido a estas plataformas en el campo de la criptografía asimétrica de curva elíptica analizando las distintas posibilidades de codiseño hardware/software y sus compromisos entre coste y eficiencia. Se han utilizado dos de los algoritmos criptográficos más representativos y eficientes en entornos embebidos: la multiplicación de Montgomery sobre coordenadas proyectivas y la multiplicación de Frobenius sobre curvas Koblitz. Posteriormente se ha analizado el software para determinar las partes más adecuadas para ser sustituidas por un acelerador hardware implementado en la FPGA. Resultando las operaciones más costosas las de aritmética sobre cuerpos finitos (Multiplicación, división e inversión). Se ha demostrado posteriormente la escalabilidad de nuestro desarrollo implementando los algoritmos tanto sobre cuerpos GF(2^163) como GF(2^233). Cuerpos recomendados por el NIST (National Institute of Standards an Technology) y el SECG para aplicaciones en criptosistemas de curva elíptica. Se han desarrollado los aceleradores hardware en la parte de la lógica programable proporcionada por la plataforma en forma de dispositivos con registros accesibles y direccionables desde el software. La aritmética modular en hardware es de sobra conocida y en este trabajo se han desarrollado e integrado componentes ampliamente utilizados. Y Finalmente se han conseguido aceleraciones muy importantes, mientas que el consumo medio se ha mantenido, incluso disminuyéndose ligeramente, con lo que el ahorro energético se multiplica. Siendo un aspecto crítico en los dispositivos embebidos y con restricciones tales como tarjetas inteligentes y dispositivos móviles.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master