A Standalone FPGA-based Miner for Lyra2REv2 Cryptocurrencies

Lyra2REv2 is a hashing algorithm that consists of a chain of individual hashing algorithms, and it is used as a proof-of-work function in several cryptocurrencies. The most crucial and exotic hashing algorithm in the Lyra2REv2 chain is a specific instance of the general Lyra2 algorithm. This work presents the first hardware implementation of the specific instance of Lyra2 that is used in Lyra2REv2. Several properties of the aforementioned algorithm are exploited in order to optimize the design. In addition, an FPGA-based hardware implementation of a standalone miner for Lyra2REv2 on a Xilinx Multi-Processor System on Chip is presented. The proposed Lyra2REv2 miner is shown to be significantly more energy efficient than both a GPU and a commercially available FPGA-based miner. Finally, we also explain how the simplified Lyra2 and Lyra2REv2 architectures can be modified with minimal effort to also support the recent Lyra2REv3 chained hashing algorithm.Comment: 13 pages, accepted for publication in IEEE Trans. Circuits Syst. I. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1807.0576

Comprehensive Evaluation of High-Speed and Medium-Speed Implementations of Five SHA-3 Finalists Using Xilinx and Altera FPGAs

In this paper we present a comprehensive comparison of all Round 3 SHA-3 candidates and the current standard SHA-2 from the point of view of hardware performance in modern FPGAs. Each algorithm is implemented using multiple architectures based on the concepts of iteration, folding, unrolling, pipelining, and circuit replication. Trade-offs between speed and area are investigated, and the best architecture from the point of view of the throughput to area ratio is identified. Finally, all algorithms are ranked based on their overall performance in FPGAs. The characteristic features of each algorithm important from the point of view of its implementation in hardware are identified

Virtualized Reconfigurable Resources and Their Secured Provision in an Untrusted Cloud Environment

The cloud computing business grows year after year. To keep up with increasing demand and to offer more services, data center providers are always searching for novel architectures. One of them are FPGAs, reconfigurable hardware with high compute power and energy efficiency. But some clients cannot make use of the remote processing capabilities. Not every involved party is trustworthy and the complex management software has potential security flaws. Hence, clients’ sensitive data or algorithms cannot be sufficiently protected. In this thesis state-of-the-art hardware, cloud and security concepts are analyzed and com- bined. On one side are reconfigurable virtual FPGAs. They are a flexible resource and fulfill the cloud characteristics at the price of security. But on the other side is a strong requirement for said security. To provide it, an immutable controller is embedded enabling a direct, confidential and secure transfer of clients’ configurations. This establishes a trustworthy compute space inside an untrusted cloud environment. Clients can securely transfer their sensitive data and algorithms without involving vulnerable software or a data center provider. This concept is implemented as a prototype. Based on it, necessary changes to current FPGAs are analyzed. To fully enable reconfigurable yet secure hardware in the cloud, a new hybrid architecture is required.Das Geschäft mit dem Cloud Computing wächst Jahr für Jahr. Um mit der steigenden Nachfrage mitzuhalten und neue Angebote zu bieten, sind Betreiber von Rechenzentren immer auf der Suche nach neuen Architekturen. Eine davon sind FPGAs, rekonfigurierbare Hardware mit hoher Rechenleistung und Energieeffizienz. Aber manche Kunden können die ausgelagerten Rechenkapazitäten nicht nutzen. Nicht alle Beteiligten sind vertrauenswürdig und die komplexe Verwaltungssoftware ist anfällig für Sicherheitslücken. Daher können die sensiblen Daten dieser Kunden nicht ausreichend geschützt werden. In dieser Arbeit werden modernste Hardware, Cloud und Sicherheitskonzept analysiert und kombiniert. Auf der einen Seite sind virtuelle FPGAs. Sie sind eine flexible Ressource und haben Cloud Charakteristiken zum Preis der Sicherheit. Aber auf der anderen Seite steht ein hohes Sicherheitsbedürfnis. Um dieses zu bieten ist ein unveränderlicher Controller eingebettet und ermöglicht eine direkte, vertrauliche und sichere Übertragung der Konfigurationen der Kunden. Das etabliert eine vertrauenswürdige Rechenumgebung in einer nicht vertrauenswürdigen Cloud Umgebung. Kunden können sicher ihre sensiblen Daten und Algorithmen übertragen ohne verwundbare Software zu nutzen oder den Betreiber des Rechenzentrums einzubeziehen. Dieses Konzept ist als Prototyp implementiert. Darauf basierend werden nötige Änderungen von modernen FPGAs analysiert. Um in vollem Umfang eine rekonfigurierbare aber dennoch sichere Hardware in der Cloud zu ermöglichen, wird eine neue hybride Architektur benötigt