Bezpieczeństwo informacji oparte o kryptografię kwantową

Transkrypt

1 WYŻSZA SZKOŁA BIZNESU W DĄBROWIE GÓRNICZEJ WYDZIAŁ ZARZĄDZANIA INFORMATYKI I NAUK SPOŁECZNYCH Instrukcja do laboratorium z przedmiotu: Bezpieczeństwo informacji oparte o kryptografię kwantową Instrukcja nr 4 Adam Ziębiński Dąbrowa Górnicza, 2010

2 INSTRUKCJA DO LABORATORIUM Z PRZEDMIOTU: Bezpieczeństwo informacji oparte o kryptografię kwantową I. Nr instrukcji: 4 Rok studiów.../ semestr... II. Temat ćwiczenia: Sprzętowe rozwiązania kryptograficzne III. Cel ćwiczenia: Głównym celem laboratorium jest zapoznanie studentów z projektowaniem rozwiązań kryptograficznych z zastosowaniem układów reprogramowalnych. IV. Treść laboratorium: W trakcie zajęć laboratorynych studenci zapoznają się z budową sprzętowych rozwiązań kryptograficznych w układach programowalnych. Na zajęciach studenci zajmą się: zaznajomieniem się z budową elementu DES w VHDL realizującego algorytm DES o symulacją i testowanie projektu oraz uruchomieniem z wykorzystaniem systemu uruchomieniowego, wykonaniem projektu algorytmu 3DES na bazie wcześniej poznanego elementu DES o symulacją i testowanie projektu oraz uruchomieniem z wykorzystaniem systemu uruchomieniowego, próbą zaprojektowania elementów realizujących podstawowe funkcje kryptografii kwantowej o symulacją i testowanie elementów podstawowych V. Literatura i narzędzia: Literatura podstawowa: Grzywak A, Ziębiński A.: Budowa i projektowanie systemów komputerowych. Skrypt Politechniki Śląskiej Gliwice Łuba T., Zbierzchowski B., Jasiński K.: Programowalne moduły logiczne w syntezie układów cyfrowych, WKŁ Warszawa 1992 Łuba T., Zbierzchowski B.: Komputerowe projektowanie układów cyfrowych WKŁ Warszawa 2000 Łuba T., Zbierzchowski B., Jasiński K.: Specjalizowane układy cyfrowe w strukturach PLD i FPGA WKŁ Warszawa Literatura uzupełniająca: Materiały w przygotowanej maszynie wirtualnej WSBXPXilinx o C:\Xilinx\FPGA_BTC\Ksiazki VHDL-Cookbook.pdf vhdlref_card.pdf Programmable Logic Design Quick Start Handbook - pldqsh.pdf o C:\Xilinx\FPGA_BTC\Dokumentacje Dokumentacja systemu uruchomieniowego ZL6PLD Narzędzia: Przygotowana maszyna wirtualna WSBXPXilinx z zainstalowanym oprogramowaniem CAD Xilinx ISE Design Suite 11 o University ISE Foundation with ISE Simulator o University System Generator + AccelDSP o University Embedded Development Kit (EDK) o University ChipScope Pro Tool ModelSim XE Systemy uruchomieniowe XUPV505-LX110T Xilinx University Program XUPV5-LX110T Development System ZL6PLD - zestaw uruchomieniowy dla układów FPGA z rodziny Spartan 3 firmy Xilinx VI. Wymagania: Przed przystąpieniem do realizacji tego ćwiczenia student powinien zapoznać się z algorytmami kryptograficznymi DES i 3DES VII. Zadania do wykonania: Zadanie polega na przeprowadzeniu projektowania i symulacji algorytmów kryptograficznych Cezar, DES, 3DES. 1

3 VIII. Zadania szczegółowe Wykonać symulację szyfratora realizującego algorytm DES. Zaprojektować i wykonać symulację szyfratora realizującego algorytm 3DES. IX. Procedura wykonania zadania laboratoryjnego: Zajęcia rozpoczynamy od uruchomienia aplikacji Xilin ISE Design Suite 11 - ISE - Project Navigator. Następnie należy otworzyć projekt z katalogu C:\Xilinx\Projekty\BTCstart_sch\BTCstart_sch.xise Następnie otwieramy nowy schemat File New Schematic i zapisujemy go SaveAs Cesar Zadanie1: Wykonać symulację szyfratora realizującego algorytm DES. Otworzyć projekt z szyfratorem DES. Element DES (rys.1) należy poddać testom z wykorzystaniem wektorów testowych zawartych w pliku - Test vectors for DES.txt. Symulacja jak w instrukcji nr.1 Rys.1 Projekt zawierający moduły realizujące funkcje algorytmu DES Przełączamy projekt z trybu Implementacji do Symulacji Uruchamiamy ModelSim i wykonujemy symulację elementu DES. Na odpowiednie wejścia elementu w aplikacji ModelSim należy podać odpowiednie sygnały: CLK: sygnał zegarowy RESET : sekwencja sygnałów rozpoczęcie procesu szyfracji SzyfDesz: 0 szyfrowanie 1 - deszyfrowanie Parity: sygnał parzystości KLUCZ: 64-bitowy klucz WYNIK: 1 prawidłowy wynik szyfrowania dostępny na WY_DANE WE_DANE: 64-bitowy blok danych wejściowych WY_DANE: szyfrogram Przykład symulacji dla następujących danych (Rys.2): klucz <= x" "; -- wpis wartości klucza dana <= x"95f8a5e5dd31d900"; -- wpis wartości Danej wynik =

4 Rys.2 Symulacja elementu DES w ModelSim 3

5 Wykonać testy poprawności pracy szyfratora na podstawie wybranych wektorów testowych zawartych w pliku - Test vectors for DES.txt Np.: Klucz Dana Szyfrogram 7CA110454A1A6E57 01A1D6D F5B0D9A26939B 0131D9619DC1376E 5CD54CA83DEF57DA 7A389D10354BD271 07A1133E4A0B D43806F EBB51CAB4599A C E 51454B582DDF440A E01F19B2A 04B915BA43FEB5B6 42FD FA2 AF37FB421F8C4095 Zadanie3: Zaprojektować i wykonać symulację szyfratora realizującego algorytm 3DES. Projektowanie Na bazie przedstawionego wcześniej szyfratora DES zaprojektować szyfrator realizujący algorytm 3DES (Przykład rys.3). Do projektu należy wykorzystać wcześniej przygotowany element DES. Symulacja jak w instrukcji nr.1 Rys.3 Przykładowy projekt elementu 3DES Przełączamy projekt z trybu Implementacji do Symulacji Uruchamiamy ModelSim i wykonujemy symulację elementu 3DES. Wykonać testy dla 3DESa w trybie ECB Proszę wprowadzić następujące wartości klucza: Key1 = ABCDEF Key2 = ABCDEF01 Key3 = ABCDEF0123 4

6 Dla kolejnych wartości P w symulatorze powinny być odpowiednie wyniki dla każdego z modułów DES (DEA) oraz odpowiednia wartość szyfrogramu C. P1 = Input Output DEA1 - FKey A28E91724C4BBA31 DEA2 - IKey2 A28E91724C4BBA31 5A2EA7F983A2F53F DEA3 - FKey3 5A2EA7F983A2F53F A826FD8CE53B855F C1 = A826FD8CE53B855F P2 = 6B F776E20 Input Output DEA1 - FKey1 6B F776E20 167E47EC24F71D63 DEA2 IKey2 167E47EC24F71D63 EA141A7DD69701F0 DEA3 FKey3 EA141A7DD69701F0 CCE21C FE6 C2 = CCE21C FE6 P3 = 666F78206A756D70 Input Output DEA1 FKey1 666F78206A756D70 2C1A DEA2 IKey2 2C1A EE8212E22A79 DEA3 FKey3 8059EE8212E22A79 68D5C05DD9B6B900 C3 = 68D5C05DD9B6B900 Cały otrzymany szyfrogram powinien mieć wartość C1, C2 i C3: A826FD8CE53B855F CCE21C FE6 68D5C05DD9B6B900. Implementacja jak w instrukcji nr.1 Programowanie jak w instrukcji nr.1 Sprawozdanie jak w instrukcji nr.1 5