Разработка элементов криптопроцессора с использованием отечественной САПР "Ковчег"
Автор: Зобнина О.А., Каменских А.Н., Королв Г.К., Тюрин С.Ф.
Журнал: Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика @vestnik-psu-mmi
Рубрика: Информатика. Информационные системы
Статья в выпуске: 2 (45), 2019 года.
Бесплатный доступ
Исследуется криптопроцессор - абонентский шифратор "КРИПТОН" с целью оценки возможности реализации на отечественной элементной базе в рамках задач импортозамещения. Анализируется ГОСТ 28147-89, описывающий используемые в "КРИПТОНЕ" алгоритмы зашифрования и расшифрования. Выясняется, что одними из основных операций над двумя 32-битными операндами являются поразрядное сложение по модулю 2, сложение по модулю 2 в степени 32, сдвиг, в том числе циклический, подстановка. Для реализации алгоритма необходимы 11 32-разрядных регистров, сумматоры, кодопреобразователь подстановки и управляющий автомат. Показывается, что используемые элементы, в том числе программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) иностранных производителей, могут быть заменены отечественными аналогами. Предлагается вместо ПЛИС использовать базовые матричные кристаллы (БМК). Разрабатываются некоторые устройства криптопроцессора с использованием отечественной САПР "Ковчег". Моделирование подтверждает работоспособность предложенных устройств.
Криптопроцессор, базовый матричный кристалл, сапр
Короткий адрес: https://sciup.org/147245441
IDR: 147245441 | УДК: 681.32 | DOI: 10.17072/1993-0550-2019-2-60-66
Design of a cryptoprocessor elements with the domestic CAD "Ark"
Article investigates a crypto processor - the "CRYPTON" subscriber coder/decoder in order to assess the feasibility of implementation with the domestic elements in the framework of import substitution tasks. Authors study GOST 28147-89, which describes the encryption and decryption algorithms used in "CRIPTON". It turns out that one of the basic operations on 2 32-bit operands is bitwise XOR, addition modulo 2 in degree 32, a shift, including cyclic, permutation. To implement the algorithm we need eleven 32-bit registers, adders, a substitution code converter and a finite state machine. It is shown that the elements used, including of foreign manufacturers FPGAs can be replaced by domestic analogs. It is proposed to use Uncommited Logic Array (ULA) instead of FPGAs. Some devices of the crypto processor are being developed using the domestic CAD system Ark. Simulation confirms the performance of the proposed devices.
Список литературы Разработка элементов криптопроцессора с использованием отечественной САПР "Ковчег"
- Абонентские шифраторы "КРИПТОН". URL: http://asic.ru (дата обращения: 06.05.19).
- Сайт микросхем заказных и полузаказных больших интегральных схем ASIC. URL: http://asic.ru (дата обращения: 06.05.19).
- Денисов А.Н., Фомин Ю.П., Коняхин В.В., Федоров Р.А. Библиотека функциональных ячеек для проектирования полузаказных микросхем серий 5503 и 5507 / под общ. ред. А.Н. Саурова. М.: Техносфера, 2012. 304 c.
- Мария Ермак. Российские микроконтроллеры с ядром Cortex. URL: M3https://www.milandr.ru/upload/smi/sovremennye_rossiyskie_32_kh_razryadnye_mk_s_yadrom_arm_cortex_m3.pdf (дата обращения: 07.05.2019).
- ГОСТ 28147-89. Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования - Техэксперт. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200007350 (дата обращения: 05.05.2019).
- Гаврилов С.В., Денисов А.Н., Коняхин В.В., Макарцева М.М. САПР "Ковчег 3.0" для проектирования микросхем на БМК серий 5503, 5507, 5521 и 5529. М., 2013. 295 с.
- Quartus II Help v11.1 > enum_encoding VHDL Synthesis Attribute. URL: http://quartushelp.altera.com/11.1/mergedProjects/hdl/vhdl/vhdl_file_dir_enum_encoding.htm (дата обращения: 07.05.19 г.)
- Тюрин С.Ф., Громов О.А., Греков А.В. Реализация цифровых автоматов в системе Quartus фирмы Altera: лабораторный практикум. Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2011. 133 с.
- Математическая логика и теория алгоритмов. Моделирование логики: учеб. пособие / C.Ф. Тюрин, Д.Р. Валеев, А.В. Мазунина, В.А. Суворова, А.А. Чесноков / под ред. С.Ф. Тюрина. Перм. гос. нац. исслед. ун-т, 2015. 176 с
- Тюрин С.Ф., Каменских А.Н., Зобнина О.А. Использование в учебном процессе отечественной системы автоматизированного проектирования (САПР) "Ковчег" // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. 2018. № 2 (41). С. 75-79.
- Зобнина О.А., Каменских А.Н., Тюрин С.Ф. Синтез конечного автомата с использованием отечественной САПР "Ковчег". В сб.: Автоматизированные системы управления и информационные технологии: матер. всерос. науч.-техн. конф.: в 2-х т. 2018. С. 28-32.
