国际创新研究期刊》的研究在科学、工程和技术
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| Somnath S.Berad 我电子工程,Amrutvahini工程学院Sangamner(女士),印度 |
| 相关文章Pubmed,谷歌学者 |
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本研究旨在为网络安全生成关键长期演进网络/无线网络。在这个项目的硬件实现ZUC流密码设计。ZUC是密文流形成心脏3 gpp保密算法128 - 128 - eia3 eea3和3 gpp完整性算法,提供可靠的安全服务在长期演进(LTE)网络。显示详细的硬件实现以达到满意的LTE系统的性能结果。设计是使用硬件描述语言(VHDL)语言和编码的硬件实现中,采用XILINX Spartan-3FPGA。实验结果显示性能和硬件资源。
关键字 |
| 长期演进网络安全、Zuc流密码,硬件实现,FPGA。 |
介绍 |
| 保护和隐藏的有价值的信息有着非常古老的历史[1],密码学已经发展在过去的几个世纪的一种艺术,只有少数被巧妙的与良好的科学基础。有几个目标,安全专家希望实现通过使用加密。这些目标包括condentiality、数据完整性、实体认证、不可抵赖性和数据来源认证[2]。密码学包括两个相关领域:密码学和密码分析。加密可以否认数学技术的研究,以确保信息安全与提到的各个方面。另一方面,密码分析可以被定义为技术分析、研究和突破,针对信息安全服务,特别,底层加密算法。如今有许多流密码算法在学术界和产业界提出。流密码是一个重要的一类对称加密算法[3],什么更多的流密码不受错误传播,因为每一位从任何其他独立加密/解密。与分组密码相比,他们通常比块密码快得多,他们有更大的软件效率,由于这些特性流密码已经选择了通信协议,尤其是无线[4]。块密码是无记忆的算法交换n位的纯文本数据块的影响下的密钥并生成n位块加密的数据,与分组密码相比,流密码包含内部状态和一般操作连续通过生成伪随机密钥比特流,密钥流(流密码也称为密钥流生成器)。 The key stream is then bit-1wise XORed with the data to encrypt/decrypt .Cipher systems are usually subdivided into block ciphers and stream ciphers. Block ciphers tend to simultaneously encrypt groups of characters, whereas stream ciphers operate on individual characters of a plain text message one at a time [11]. The new stream cipher ZUC is a word-oriented stream cipher [7]. It takes a 128-bit initial key and a 128-bit initial vector as input, and outputs a key stream of 32-bit words. |
| 可以使用这个密钥流加密明文。执行ZUC有两个阶段:关键的初始化阶段和工作阶段。在第一阶段,主要执行初始化,即密码以没有产生的输出。第二阶段工作阶段。在这项研究中,提出了新的架构生成32位每个时钟周期的关键。ZUC具有三个逻辑层次。顶层是一个线性反馈移位寄存器(LFSR)的16个阶段,中间层是bit-reorganization,底层是一个非线性函数f .长期演进(LTE)是下一代网络之外的3 g使固定移动迁徙的互联网应用,如语音IP (VoIP),视频,音乐下载,移动电视等。LTE网络还将提供支持的能力需求的爆炸式增长的连接从一个新一代的消费设备适应这些新的移动应用程序。当前保护算法LTE无线接口,128 - 128 - eia1 eea1保密和完整性设计了圣人/ ETSI安全算法组专家[4]。128 - eea1和128 - eia1基于SNOW3G流密码。 Also, the 3rd Generation Partnership Project (3GPP), together with the GSM Association specifies a second set of algorithms, 128-EEA2 and 128-EIA2 [3], which are based on AES block cipher [4]. |
| 最后,3 gpp与GSM协会指定第三组的机密性和完整性算法分别128 - EEA3和128 - eia3。这两个密码是基于ZUC流密码。这些新密码的最严重的原因是LTE将用于全球许多国家。但中国监管将不允许使用这些算法在中国,因为他们在中国没有设计。然而,ZUC设计在中国,因此,它可以在中国使用。摘要一个高效ZUC流密码算法的FPGA实现。减少寄存器和查找表的设计。我们的FPGA硬件实现覆盖385片,达到2.08 Gbps吞吐量最大频率操作。比较与其他流密码的实现。比较证明该系统是有效的吞吐量。 The aim of the work is to ascertain that the ZUC stream cipher can operate on a recent hardware device for efficient use on LTE networks. Compared with block ciphers, stream ciphers are more efficient when implemented in hardware environment, like Field Programmable Gate Array (FPGA). In this paper, we propose three optimized schemes in the FPGA implementation of a novel and recently proposed stream cipher, ZUC, which is a new cryptographic algorithm proposed for inclusion in the 4G mobile standard called LTE (Long Term Evolution). |
| 目的 |
| 这个项目的目标和贡献进行了总结如下。 |
| 1。项目的目的是使网络安全长期演进网络/无线网络。 |
| 2。工作的目的是确定ZUC流密码可以在最近的一个硬件设备对LTE网络使用效率。 |
系统设计 |
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| ZUC是依靠文字流密码[8],一个128位的密钥和一个128位的初始矢量(IV)作为输入,并输出一个32位字的关键流程。ZUC具有三个逻辑层次。顶层是一个线性反馈移位寄存器(LFSR)的16个阶段,中间层是位重组(BR)和底部层是一个非线性函数f . 31位的LFSR有16个细胞(s0, s1, s15)。这个LFSR两个阶段操作:初始化阶段和工作阶段。初始化,LFSR收到31位输入词u,这是通过把最右边的位从32位的输出非线性函数F的W bit-reorganization[9]层从细胞中提取128位16 LFSR和4个32位字的形式,将使用的前三个非线性函数F层底部,最后一个词将参与生产的关键[15]。密码操作的关键首先加载过程扩展初始密钥和初始向量到16的31位整数LFSR的初始状态,然后执行两个阶段;初始化阶段和工作阶段。在第一阶段,一个关键/ IV执行初始化和密码以没有产生输出。第二阶段是一个工作阶段,每个时钟周期产生一个32位的输出。 |
建筑ZUC STREM密码 |
| 工作的目的是确定ZUC流[10]密码可以在最近的一个硬件设备有效使用LTE网络。ZUC提出了硬件实现的流密码见图。该系统为主要的I / O接口一个32位的明文和密文输入和一个32位的密文和明文输出。此外,它有两个输入,一个128位的密钥,密钥,和128位初始化值,第四,我们的系统支持,初始化阶段,工作阶段和关键流生产阶段。提出了硬件系统的配置支持所有的操作阶段。建议的体系结构的主要部分的ZUC加载是关键,线性反馈移位寄存器(LFSR) [11]。BR (bit-reorganization)和配置根据密码操作场景(初始化或工作阶段)。还多一个加法器国防部(231 1)需要先用其结果作为输入的多路复用器。在反馈逻辑六添加国防部(231 1)。 |
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结论 |
| 1。ZUC高速硬件架构,已通过一个FPGA器件实现。实验结果证明ZUC LTE应用程序的实现是一个灵活的解决方案。 |
| 2。FPGA上的实现达到2.08 Gbps的吞吐量在65 MHz时钟频率。 |
确认 |
| 我感谢全能的上帝引导我通过这个项目。我要感谢那些为完成项目报告做出了贡献,帮助我改进的有价值的建议。 |
引用 |
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