Апаратна реалiзацiя модулiв хешування на базi алгоритмiв CRC-32 i Adler-32

Abstract

У статтi представленi результати дослiдження хеш-функцiй. Для досягнення опти- мальної швидкодiї та надiйностi захисту iнформацiї обрана апаратна реалiзацiя алго- ритмiв хешування. Саме вона гарантує цiлiснiсть розробки та виключає можливiсть перехоплення iнформацiї. Розроблено апаратний модуль хешування на основi алгоритмiв CRC-32 i Adler -32, який вiдрiзняється вiд iснуючих розробок вiдсутнiстю мiкропрограм та запрограмо- ваних блокiв. Роботою модуля керують спецiальнi блоки керування, що базуються на автоматах Мура. Спроектований модуль представляє собою цiлiсну розробку, яка включає сукупнiсть блокiв, що вiдповiдають за конкретнi етапи обчислень. Перебаче- на можливiсть вдосконалення та додавання нових алгоритмiв хешування. Запропонованi алгоритми хешування забезпечують швидкодiю обчислення кон- трольної суми, що в сотнi разiв перевищує можливостi програмних додаткiв. Iмо- вiрнiсть злому апаратного блоку вважається мiнiмальною, адже передбачає процес повного розбору пристрою на складовi та прорахунок всiх можливих значень, що по- ступають вiд складових модуля. Встановлено, що апаратна реалiзацiя алгоритму Adler -32 виконує обчислення кон- трольної суми для вхiдного повiдомлення однакової довжини приблизно в 1,481 разiв швидше, нiж апаратний модуль CRC-32. Практична цiннiсть отриманих у роботi результатiв полягає в тому, що запропо- нований спосiб реалiзацiї алгоритмiв дозволяє оцiнити можливостi та переваги апара- тних розробок, забезпечити цiлiснiсть та захищенiсть пристрою хешування, дослiдити рiзницю мiж програмними та апаратними розробками, в тому числi й у вiдношеннi ча- сових затрат на проектування, та забезпечити максимальну швидкодiю в обчисленнi хеш-сум. Ключовi слова: контрольна сума, хешування, хеш-сума, хеш, блок керування, алго- ритм, модуль, апаратний модуль, CRC, Adler.

Hedeon A. O., Hapak O. M. Hardware implementation of hashing modules based on algorithms CRC-32 and Adler-32. The article presents the results of the study of hash functions. To achieve optimal speed and reliability of information protection, the hardware implementation of hashing algorithms is chosen. It guarantees the integrity of the development and excludes the possibility of interception of information. A hardware hashing module based on CRC-32 and Adler-32 algorithms has been developed, which differs from existing developments by the absence of micro program and programmed blocks. The operation of the module is controlled by special control units based on Moore machine. The designed module is a holistic development, which includes a set of blocks responsible for specific stages of calculations. The possibility of improving and adding new hashing algorithms is provided. The proposed hashing algorithms provide the speed of calculating the checksum, which exceeds a hundred times the capabilities of software applications. The probability of hacking the hardware unit is considered minimal, because it involves the process of complete disassembly of the device into components and the calculation of all possible values coming from the components of the module. It has been found that the hardware implementation of the Adler-32 algorithm performs a checksum calculation for an incoming message of the same length approximately 1,481 times faster than the CRC-32 hardware module. The practical value of the obtained results in the work is that the proposed method of algorithms implementation allows to assess the capabilities and benefits of hardware development, ensure the integrity and security of the hashing device, investigate the difference between software and hardware development, including the time spent on design, and provide maximum speed in calculating of hash sums. Keywords: checksum, hashing, hash sum, hash, control unit, algorithm, module, hardware module, CRC, Adler.