Μελέτη "lightweight" κρυπτογραφικών αλγορίθμων ως προς την απόδοσή τους.

Abstract

Οι λεγόμενοι «lightweight» κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι αποτελούν μία σημαντική κατηγορία κρυπτογραφικών αλγορίθμων που αποκτά ιδιαίτερη βαρύτητα ιδίως στα τελευταία χρόνια, με την εξέλιξη του χώρου του Διαδικτύου των Πραγμάτων (Internet-of-Things). Ήδη άλλωστε ο οργανισμός NIST έχει εκκινήσει διαδικασία καθορισμού πρότυπου αλγορίθμου σε αυτήν την κατηγορία. Η παρούσα διατριβή εστιάζει στη μελέτη των lightweight αλγορίθμων ιδίως ως προς την απόδοσή τους και την αξιολόγηση αυτής σε σημερινά πραγματικά περιβάλλοντα. Συγκεκριμένα, μελετώνται πρόσφατα ανεπτυγμένοι αλγόριθμοι αυτής της κατηγορίας οι οποίοι θεωρούνται υποσχόμενοι και με ελεύθερα διαθέσιμες υλοποιήσεις (open source), όπως – ως μελέτη περίπτωσης – η οικογένεια αλγορίθμων SATURNIN, η οποία έχει υποβληθεί στον ως άνω διαγωνισμό του NIST, ως προς το βαθμό στον οποίο μπορούν να ενσωματωθούν σε σύγχρονα δικτυακά πρωτόκολλα ασφαλείας (όπως στο TLS ή/και σε εφαρμογές VoIP), σε διάφορα περιβάλλοντα υλοποίησης, με βάση το όφελος ή όχι στην απόδοση του πρωτοκόλλου η οποία θα παρατηρηθεί. Παράλληλα γίνεται και περιγραφή του επιπέδου ασφαλείας που επιτυγχάνεται με τη χρήση των αλγορίθμων αυτών στα συγκεκριμένα πρωτόκολλα, λαμβάνοντας υπόψη και την ανθεκτικότητά τους στη μετα-κβαντική εποχή. .Για την αξιολόγηση της απόδοσης του SATURNIN, υλοποιήθηκε κατάλληλο πειραματικό περιβάλλον προκειμένου να μετρηθεί η απόδοση του SATURNIN σε σύγκριση με τον αντίστοιχο πρότυπο αλγόριθμο AES: το περιβάλλον αυτό είναι περιβάλλον με περιορισμούς, έτσι ώστε να αντιστοιχεί σε εφαρμογές στις οποίες απευθύνεται ιδίως η lightweight κρυπτογράφηση. Τα πειράματα κατέδειξαν ότι ο SATURNIN – του οποίου η σχεδίαση βασίστηκε στη σχεδίαση του AES - μπορεί να είναι μέχρι και περίπου δύο φορές πιο γρήγορος από τον AES σε τέτοια περιβάλλοντα με περιορισμούς.