HERTZ-GSM

Технологии. Компьютеры. Электроника.

Энергоэффективное шифрование для Интернета вещей

Энергоэффективное шифрование для Интернета вещейСпециальная микросхема снижает энергопотребление шифрования с открытым ключом на 99,75% и увеличивает скорость в 500 раз.

Большинство конфиденциальных веб-транзакций защищены шифрованием с открытым ключом, то есть таким типом шифрования, который позволяет компьютерам безопасно обмениваться информацией без предварительного согласования секретного ключа шифрования.

Протоколы шифрования с открытым ключом сложны, и в компьютерных сетях они выполняются программным обеспечением. Но это не будет работать в Интернете вещей, предполагаемой сети, которая будет подключать к интернет-серверам множество разных датчиков — встроенных в транспортные средства, бытовую технику, гражданские структуры, производственное оборудование и даже в ярлычки для животных. Встроенные датчики, которые должны максимизировать время автономной работы, не могут позволить себе энергию и объём памяти, которое потребует программное обеспечение для протоколов шифрования.

Исследователи Массачуссетского технологического института создали новый чип, способный аппаратно выполнять шифрование с открытым ключом, который потребляет всего лишь 1/400 мощности от энергии, которую потребляет программное обеспечение тех же протоколов. Он также использует примерно 1/10 памяти и работает в 500 раз быстрее. Исследователи описывают чип в документе, который они представили на Международной конференции твёрдых тел.

Как и большинство современных систем шифрования с открытым ключом, чип исследователей использует метод, называемый шифрованием эллиптической кривой. Как следует из названия, эллиптическая кривая зависит от типа математической функции, называемой эллиптической кривой. В прошлом исследователи, в том числе те же группы, которые разработали новый чип, создали встроенные чипы для обработки определённых эллиптических кривых или семейств кривых. Что отличает новый чип, так это то, что он предназначен для обработки любой эллиптической кривой.

«Криптографы придумывают кривые с различными свойствами, и они используют разные простые числа, — говорит Утсав Банерджи, аспирант Массачусетского технологического института по электротехнике и информатике и первый автор статьи. — Существует много дискуссий о том, какая кривая является безопасной, и какую кривую использовать, и есть несколько правительств с разными стандартами, которые говорят о разных кривых. С этим чипом мы можем поддержать всех, и, надеюсь, когда в будущем появятся новые кривые, мы также сможем их поддержать ».

Чтобы создать свой универсальный чип эллиптической кривой, исследователи разложили криптографическое вычисление на его составные части. Криптография с эллиптической кривой основана на модульной арифметике, что означает, что значениям чисел, которые фигурируют в вычислении, присваивается ограничение. Если результат некоторого вычисления превышает этот предел, он делится на предел, и сохраняется только остаток. Секретность ограничения помогает обеспечить криптографическую безопасность.

Таким образом, одним из вычислений, которым данный чип выделяет целевую схему, является модульным умножением. Но поскольку криптография с эллиптической кривой имеет дело с большими числами, модульный множитель чипа массивный. Как правило, модульный множитель может обрабатывать числа с 16 или, возможно, 32 двоичными цифрами или битами. Для больших вычислений результаты дискретных 16- или 32-битных умножений будут объединены дополнительными логическими схемами.

Однако модульный множитель этой микросхемы может обрабатывать 256-битные номера. Удаление дополнительных схем для интеграции меньших вычислений снижает потребление энергии чипом и увеличивает его скорость.

Другая ключевая операция в криптографии с эллиптической кривой называется инверсией. Инверсия — это вычисление числа, которое при умножении на заданное число даст модульное произведение 1. В предыдущих микросхемах, посвященных криптографии с эллиптической кривой, инверсии выполнялись теми же схемами, которые выполняли модульные умножения, экономя пространство на чипе , Но исследователи Массачусетского технологического института вместо этого снабдили свой чип специальным инверторным контуром. Это увеличивает площадь поверхности чипа на 10 процентов, но сокращает потребление энергии вдвое.

Наиболее распространённый протокол шифрования для использования криптографии с эллиптической кривой называется протоколом безопасности транспортного уровня датаграммы, который управляет не только самими вычислениями эллиптической кривой, но также форматированием, передачей и обработкой зашифрованных данных. Фактически, весь протокол подключён к чипу исследователей, что значительно сокращает объём памяти, необходимый для его выполнения.

Чип также оснащён процессором общего назначения, который может использоваться совместно с выделенной схемой для выполнения других протоколов безопасности на основе эллиптической кривой. Но его можно отключить, если он не используется, поэтому он не ухудшает энергоэффективность чипа.

«Они перемещают определённую функциональность, которая раньше использовалась в программном обеспечении, — говорит Сяолинь Лу, директор лаборатории Интернета вещей в Texas Instruments. — У этого есть преимущества, которые включают в себя мощность и стоимость. Но с точки зрения промышленного Интернета вещей это также более удобная для пользователя реализация. Для тех, кто пишет программное обеспечение, это намного проще».


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Защита от спама: *

Подписаться на RSS-ленту

Подпишитесь по e-mail

Архивы