Предмет исследования. Проведено исследование преобразований, используемых в современных симметричных алгоритмах, с целью определения наиболее скоростных способов их реализации на графическом процессоре с использованием технологий CUDA и OpenCL. Метод. Для достижения поставленной цели рассмотрены LSX и ARX структуры блочных алгоритмов на примере шифров AES, «Кузнечик», LEA, Rectangle, Simon и Speck. Определены наиболее часто применяемые преобразования, в число которых входят умножение в полях Галуа, применение таблиц подстановок, побитовые операции, сложение длинных чисел. Как неотъемлемая часть вычислений на графических устройствах рассмотрен обмен данных с глобальной памятью. Рассмотрены варианты реализации данных вычислений, разработаны и апробированы синтетические тесты, предназначенные для определения времени их выполнения. Основные результаты. Определены наилучшие способы реализации перечисленных преобразований. При выполнении умножения в полях Галуа в случае, если один из множителей является константным, наилучшее время показал метод с использованием таблицы предвычислений. Выявлено, что наиболее эффективным с точки зрения скорости является хранение таблиц замены в разделяемой памяти. Осуществление побитовых операций и сложение длинных чисел наиболее эффективно в случае разбиения входных данных на 8-битные элементы. В качестве апробации результатов осуществлена реализация алгоритма CLEFIA. Время шифрования 1 ГБ данных составило 1542 мс, что в 16 раз меньше времени шифрования на центральном процессоре. Применение вариантов реализации исследуемых преобразований, показавших худшие временные результаты при проведении синтетических тестов на графических процессорах, дает четырехкратное увеличение скорости в сравнении с центральным процессором. Практическая значимость. Результаты проведенного исследования применимы при использовании графических процессоров для быстрой и эффективной реализации существующих алгоритмов шифрования. Результаты исследования могут служить основой разработки новых алгоритмов шифрования с применением графических процессоров. Ключевые слова CUDA, OpenCL, криптографические преобразования, симметричные алгоритмы, ускорение шифрования
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.