Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Производительность поточных шифров, основанных на клеточных автоматах, при реализации на графических процессорах

# 06, июнь 2016
DOI: 10.7463/0616.0842091
Файл статьи: SE-BMSTU...o213.pdf (1118.27Кб)
автор: доцент, к.т.н. Ключарёв П. Г.1,*

УДК 004.056.55

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Ранее автором были разработаны методы построения высокопроизводительных симметричных шифров, основанные на использовании обобщенных клеточных автоматов, позволяющие получить алгоритмы шифрования, демонстрирующие крайне высокую производительность при аппаратной реализации. Вместе с тем, их реализация на обычных микропроцессорах не обладает высокой производительностью. Сам по себе этот факт вполне обычен – он говорит о сфере применимости этих шифров. Тем не менее, использование графических процессоров позволяет достичь приемлемого уровня производительности для программной реализации.
Данная статья является продолжением серии статей, посвященных исследованию различных аспектов построения и реализации криптографических алгоритмов, основанных на обобщенных клеточных автоматах.  Целью данной статьи является исследование возможности реализации рассматриваемых криптографических алгоритмов на графических процессорах.
Представляя собой генератор гаммы, реализуемый алгоритм шифрования состоит из 2k обобщенных клеточных автоматов. Графами клеточных автоматов являются графы Рамануджана. Элементы вырабатываемых k потоков гаммы чередуются, что позволяет более полно использовать возможности графического процессора.
Реализация была произведена с использованием OpenCL, как наиболее универсального и платформенно-независимого API. Написанная на языке C++ программа была построена таким образом, что у пользователя имелась возможность устанавливать различные параметры, в том числе, ключ шифрования, структуру граф, локальную функцию связи, различные константы и т.д. Тестирование проводилось на различных графических процессорах (NVIDIA GTX 650; NVIDIA GTX 770; AMD R9 280X).
В зависимости от режимов работы и от использованного графического процессора, производительность составила от 0.47 до 6.61 Гбит/с, что сопоставимо с производительностью аналогов.
Таким образом была продемонстрирована возможность эффективной программной реализации на графических процессорах поточных шифров, основанных на обобщенных клеточных автоматах.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект №16-07-00542.

Список литературы
1. Быков А.Ю. Алгоритмы распределения ресурсов для защиты информации между объектами информационной системы на основе игровой модели и принципа равной защищенности объектов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 9. С. 160-187.DOI: 10.7463/0915.08122832. Быков А.Ю., Артамонова А.Ю. Модификация метода вектора спада для оптимизационно-имитационного подхода к задачам проектирования систем защиты информации // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 1. С. 158-175. DOI: 10.7463/0115.07548453. Быков А.Ю., Панфилов Ф.А., Ховрина А.В. Алгоритм выбора классов защищенности для объектов распределенной информационной системы и размещения данных по объектам на основе приведения оптимизационной задачи к задаче теории игр с непротивоположными интересами // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 1. С. 90-107. DOI: 10.7463/0116.08309724. Ключарев П.Г. Клеточные автоматы, основанные на графах Рамануджана, в задачах генерации псевдослучайных последовательностей // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2011. № 10. С. 1-15. Режим доступа: http://www.technomag.edu.ru/doc/241308.html (Дата обращения: 05.06.16).
5. Ключарев П.Г. Криптографические хэш-функции, основанные на обобщённых клеточных автоматах // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 1. С. 161-172. DOI: 10.7463/0113.05346406. Ключарев П.Г. О вычислительной сложности некоторых задач на обобщенных клеточных автоматах // Безопасность информационных технологий. 2012. № 1. С. 30-32. Режим доступа: http://pvti.ru/data/file/bit/2012_1/part_4.pdf (дата обращения 01.03.2016).
7. Ключарев П.Г. О периоде обобщённых клеточных автоматов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 2. С. 1-2. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/340943.html (дата обращения: 29.05.16).
8. Ключарев П.Г. Обеспечение криптографических свойств обобщённых клеточных автоматов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 3. С. 1-8. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/358973.html (дата обращения: 01.06.16).
9. Ключарев П.Г. Производительность и эффективность аппаратной реализации поточных шифров, основанных на обобщенных клеточных автоматах // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 10. C. 299-314. DOI: 1013.062472210. Ключарёв П.Г. Реализация криптографических хэш-функций, основанных на обобщенных клеточных автоматах, на базе ПЛИС: производительность и эффективность // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 1. С. 214-223. DOI: 10.7463/0114.067581211. Сухинин Б.М. Разработка генераторов псевдослучайных двоичных последовательностей на основе клеточных автоматов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2010. № 9. С. 1-21. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/159714.html (дата обращения: 24.05.16).
12. Boesgaard M., Vesterager M., Pedersen T., Christiansen J., Scavenius O. Fast Software Encryption. Rabbit: A new high-performance stream cipher. Springer, 2003. Pp. 307-329. DOI: 10.1007/978-3-540-39887-5_2313. Charles D.X., Goren E.Z., Lauter K.E. Families of Ramanujan graphs and quaternion algebras // Groups and symmetries: from Neolithic Scots to John McKay. 2009. Vol. 47. Pp. 53-63. Режим доступа https://www.researchgate.net/publication/228745797_Families_of_Ramanujan_graphs_and_quaternion_algebras (дата обращения: 01.06.16)
14. Eberly D.H. GPGPU Programming for Games and Science. Taylor & Francis, 2014. 441 p.
15. Gaster B., Howes L., Kaeli D.R., Mistry P., Schaa D. Heterogeneous Computing with OpenCL: Revised OpenCL 1.2 Edition. Elsevier Science, 2012. 291 p.
16. Hoory S., Linial N., Wigderson A. Expander graphs and their applications // Bulletin-American Mathematical Society. 2006. Vol. 43. № 4. Pp. 439-561. DOI: 10.1090/S0273-0979-06-01126-817. Kaeli D.R., Mistry P., Schaa D., Zhang D.P. Heterogeneous Computing with OpenCL 2.0. Elsevier Science, 2015. 330 p.
18. Kowalik J., Puźniakowski T. Using OpenCL: Programming Massively Parallel Computers. IOS Press, 2012. 295 p.
19. Krebs M., Shaheen A. Expander families and Cayley graphs. Oxford; New York : Oxford University Press, 2011. 288 p.
20. Robshaw M., Billet O. New Stream Cipher Designs: The ESTREAM Finalists. Springer, 2008. 300 p. DOI: 10.1007/978-3-540-68351-321. Scarpino M. OpenCL in Action: How to Accelerate Graphics and Computation. Manning, 2012. 458 p.
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)