Veranstaltung: Kryptographie auf programmierbarer Hardware

Nummer:
148203
Lehrform:
Vorlesung und Übungen
Medienform:
rechnerbasierte Präsentation, Tafelanschrieb
Verantwortlicher:
Prof. Dr.-Ing. Tim Güneysu
Dozent:
Prof. Dr.-Ing. Tim Güneysu (ETIT)
Sprache:
Deutsch
SWS:
4
LP:
5
Angeboten im:

Ziele

Die Studierenden kennen die Konzepte der praxisnahen Hardwareentwicklung mit abstrakten Hardwarebeschreibungssprachen (VHDL) und die Simulation von Hardwareschaltungen auf FPGAs. Sie beherrschen Standardtechniken der hardwarenahen Prozessorentwicklung und sind zur Implementierung von symmetrischen und asymmetrischen Kryptosystemen auf modernen FPGA-Systemen in der Lage.

Inhalt

Kryptographische Systeme stellen aufgrund ihrer Komplexität insbesondere an kleine Prozessoren und eingebettete Systeme hohe Anforderungen. In Kombination mit dem Anspruch von hohem Datendurchsatz bei geringsten Hardwarekosten ergeben sich hier für den Entwickler grundlegende Probleme, die in dieser Vorlesung beleuchtet werden sollen.

Die Vorlesung behandelt die interessantesten Aspekte, wie man aktuelle kryptographische Verfahren auf praxisnahen Hardwaresystemen implementiert. Dabei werden Kryptosysteme wie die Blockchiffre AES, die Hashfunktionen SHA-1 sowie asymmetrische Systeme RSA und ECC behandelt. Weiterhin werden auch spezielle Hardwareanforderungen wie beispielsweise der Erzeugung echten Zufalls (TRNG) sowie der Einsatz von Physically Unclonable Functions (PUF) besprochen.

Die effiziente Implementierung dieser Kryptosysteme, insbesondere in Bezug auf die Optimierung für Hochgeschwindigkeit, wird auf modernen FPGAs besprochen und in praktischen Übungen mit Hilfe der Hardwarebeschreibungssprache VHDL umgesetzt.

Vorlesungsbegleitend wird ein Blackboard-Kurs angeboten, der zusätzliche Inhalte sowie die praktischen Übungen bereithält.

Voraussetzungen

keine

Empfohlene Vorkenntnisse

Die Vorlesung baut auf Grundlagenstoff der folgenden Vorlesungen auf:

  1. Grundlagen der Kryptographie und Datensicherheit
  2. Computerarchitektur
  3. Basiswissen Digitaltechnik

Empfehlenswert sind weiterhin Kenntnisse in folgenden Themenbereichen, die in der Vorlesung nur auszugsweise behandelt werden:

  1. Schaltungsentwurf mit VHDL
  2. Parallele Algorithmen und deren Programmierung
  3. Implementierung kryptographischer Systeme

Sonstiges

Literatur: Rodriguez-Henriquez F., Saqib, N.A., DiazPerez A., Koc, C.K.: Cryptographic Algorithms on Reconfigurable Hardware, Springer Verlag, ISBN: 0-387-33883-7 Weitere Literatur ist im Skript zur Vorlesung (Vorversion) angegeben, welches über das Blackboard verfügbar ist.