LEGaTO: first steps towards energy-efficient toolset for heterogeneous computing

LEGaTO is a three-year EU H2020 project which started in December 2017. The LEGaTO project will leverage task-based programming models to provide a software ecosystem for Made-in-Europe heterogeneous hardware composed of CPUs, GPUs, FPGAs and dataflow engines. The aim is to attain one order of magnitude energy savings from the edge to the converged cloud/HPC.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

IMPLEMENTING ELLIPTIC CURVE CRYPTOGRAPHY ON PC AND SMART CARD

Elliptic Curve Cryptography (ECC) is a relatively new branch of public key cryptography. Its main advantage is that it can provide the same level of security as RSA with significantly shorter keys, which is beneficial for a smart card based implementation. It is also important as a possible alternative of RSA. This paper presents the author´s research concerning ECC and smart cards. The authors introduce their ECC prototype implementation that relies on Java Card technology and is capable of running on smart cards. Test results with various cards are attached. It is also analyzed in what extent algorithms with the complexity of ECC can be executed in smart card environment with limited resources

Analysis of Parallel Montgomery Multiplication in CUDA

For a given level of security, elliptic curve cryptography (ECC) offers improved efficiency over classic public key implementations. Point multiplication is the most common operation in ECC and, consequently, any significant improvement in perfor- mance will likely require accelerating point multiplication. In ECC, the Montgomery algorithm is widely used for point multiplication. The primary purpose of this project is to implement and analyze a parallel implementation of the Montgomery algorithm as it is used in ECC. Specifically, the performance of CPU-based Montgomery multiplication and a GPU-based implementation in CUDA are compared

Customisable arithmetic hardware designs

Imperial Users onl

IMPLEMENTATION OF RSA KEY GENERATION BASED ON RNS USING VERILOG

RSA key generation is of great concern for implementation of RSA cryptosystem on embedded system due to its long processing latency. In this paper, a novel architecture is presented to provide high processing speed to RSA key generation for embedded platform with limited processing capacity. In order to exploit more data level parallelism, Residue Number System (RNS) is introduced to accelerate RSA key pair generation, in which these independent elements can be processed simultaneously. A cipher processor based on Transport Triggered Architecture (TTA) is proposed to realize the parallelism at the architecture level. In the meantime, division is avoided in the proposed architecture, which reduces the expense of hardware implementation remarkably. The proposed design is implemented by Verilog HDL and verified in matlab. A rate of 3 pairs per second can be achieved for 1024-bit RSA key generation at the frequency of 100 MHz

Cryptographic Protection of Digital Identity

Dizertační práce se zabývá kryptografickými schématy zvyšující ochranu soukromí uživatelů v systémech řízení přístupu a sběru dat. V současnosti jsou systémy fyzického řízení přístupu na bázi čipových karet využívány téměř dennodenně většinou z nás, například v zaměstnání, ve veřejné dopravě a v hotelech. Tyto systémy však stále neposkytují dostatečnou kryptografickou ochranu a tedy bezpečnost. Uživatelské identifikátory a klíče lze snadno odposlechnout a padělat. Funkce, které by zajišťovaly ochranu soukromí uživatele, téměř vždy chybí. Proto je zde reálné riziko možného sledovaní lidí, jejich pohybu a chovaní. Poskytovatelé služeb nebo případní útočníci, kteří odposlouchávají komunikaci, mohou vytvářet profily uživatelů, ví, co dělají, kde se pohybují a o co se zajímají. Za účelem zlepšení tohoto stavu jsme navrhli čtyři nová kryptografická schémata založená na efektivních důkazech s nulovou znalostí a kryptografii eliptických křivek. Konkrétně dizertační práce prezentuje tři nová autentizační schémata pro využití v systémech řízení přístupu a jedno nové schéma pro využití v systémech sběru dat. První schéma využívá distribuovaný autentizační přístup vyžadující spolupráci více RFID prvků v autentizačním procesu. Tato vlastnost je výhodná zvláště v případech řízení přístupu do nebezpečných prostor, kdy pro povolení přístupu uživatele je nezbytné, aby byl uživatel vybaven ochrannými pomůckami (se zabudovanými RFID prvky). Další dvě schémata jsou založena na atributovém způsobu ověření, tj. schémata umožňují anonymně prokázat vlastnictví atributů uživatele, jako je věk, občanství a pohlaví. Zatím co jedno schéma implementuje efektivní revokační a identifikační mechanismy, druhé schéma poskytuje nejrychlejší verifikaci držení uživatelských atributů ze všech současných řešení. Poslední, čtvrté schéma reprezentuje schéma krátkého skupinového podpisu pro scénář sběru dat. Schémata sběru dat se používají pro bezpečný a spolehlivý přenos dat ze vzdálených uzlů do řídící jednotky. S rostoucím významem chytrých měřičů v energetice, inteligentních zařízení v domácnostech a rozličných senzorových sítí, se potřeba bezpečných systémů sběru dat stává velmi naléhavou. Tato schémata musí podporovat nejen standardní bezpečnostní funkce, jako je důvěrnost a autentičnost přenášených dat, ale také funkce nové, jako je silná ochrana soukromí a identity uživatele či identifikace škodlivých uživatelů. Navržená schémata jsou prokazatelně bezpečná a nabízí celou řadu funkcí rozšiřující ochranu soukromí a identity uživatele, jmenovitě se pak jedná o zajištění anonymity, nesledovatelnosti a nespojitelnosti jednotlivých relací uživatele. Kromě úplné kryptografické specifikace a bezpečnostní analýzy navržených schémat, obsahuje tato práce také výsledky měření implementací jednotlivých schémat na v současnosti nejpoužívanějších zařízeních v oblasti řízení přístupu a sběru dat.The doctoral thesis deals with privacy-preserving cryptographic schemes in access control and data collection areas. Currently, card-based physical access control systems are used by most people on a daily basis, for example, at work, in public transportation and at hotels. However, these systems have often very poor cryptographic protection. For instance, user identifiers and keys can be easily eavesdropped and counterfeited. Furthermore, privacy-preserving features are almost missing and, therefore, user’s movement and behavior can by easily tracked. Service providers (and even eavesdroppers) can profile users, know what they do, where they go, and what they are interested in. In order to improve this state, we propose four novel cryptographic schemes based on efficient zero-knowledge proofs and elliptic curve cryptography. In particular, the thesis presents three novel privacy-friendly authentication schemes for access control and one for data collection application scenarios. The first scheme supports distributed multi-device authentication with multiple Radio-Frequency IDentification (RFID) user’s devices. This feature is particularly important in applications for controlling access to dangerous areas where the presence of protective equipment is checked during each access control session. The other two presented schemes use attribute-based approach to protect user’s privacy, i.e. these schemes allow users to anonymously prove the ownership of their attributes, such as age, citizenship, and gender. While one of our scheme brings efficient revocation and identification mechanisms, the other one provides the fastest authentication phase among the current state of the art solutions. The last (fourth) proposed scheme is a novel short group signature scheme for data collection scenarios. Data collection schemes are used for secure and reliable data transfer from multiple remote nodes to a central unit. With the increasing importance of smart meters in energy distribution, smart house installations and various sensor networks, the need for secure data collection schemes becomes very urgent. Such schemes must provide standard security features, such as confidentiality and authenticity of transferred data, as well as novel features, such as strong protection of user’s privacy and identification of malicious users. The proposed schemes are provably secure and provide the full set of privacy-enhancing features, namely anonymity, untraceability and unlinkability of users. Besides the full cryptographic specification and security analysis, we also show the results of our implementations on devices commonly used in access control and data collection applications.

Dynamic Polymorphic Reconfiguration to Effectively “CLOAK” a Circuit’s Function

Today\u27s society has become more dependent on the integrity and protection of digital information used in daily transactions resulting in an ever increasing need for information security. Additionally, the need for faster and more secure cryptographic algorithms to provide this information security has become paramount. Hardware implementations of cryptographic algorithms provide the necessary increase in throughput, but at a cost of leaking critical information. Side Channel Analysis (SCA) attacks allow an attacker to exploit the regular and predictable power signatures leaked by cryptographic functions used in algorithms such as RSA. In this research the focus on a means to counteract this vulnerability by creating a Critically Low Observable Anti-Tamper Keeping Circuit (CLOAK) capable of continuously changing the way it functions in both power and timing. This research has determined that a polymorphic circuit design capable of varying circuit power consumption and timing can protect a cryptographic device from an Electromagnetic Analysis (EMA) attacks. In essence, we are effectively CLOAKing the circuit functions from an attacker