The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.9
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pp.1652-1659
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2008
With the increase of huge amount of data in network systems, ultimate high-speed network has become an essential requirement. In such systems, the encryption and decryption process for security becomes a bottle-neck. For this reason, the need of hardware implementation is strongly emphasized. In this study, a mixed inner and outer round pipelining architecture is introduced to achieve high speed performance of ARIA hardware. Multiplexers are used to control the lengths of rounds for 3 types of keys. Merging of encryption module and key initialization module increases the area efficiency. The proposed hardware architecture is implemented on reconfigurable hardware, Xilinx Virtex2-pro. The hardware architecture in this study shows that the area occupied 6437 slices and 128 BRAMs, and it is translated to throughput of 24.6Gbit/s with a maximum clock frequency of 192.9MHz.
As the demand for big data and big data-based artificial intelligence (AI) technology increases, the need for privacy preservations for sensitive information contained in big data and for high-speed encryption-based AI computation systems also increases. Fully homomorphic encryption (FHE) is a representative encryption technology that preserves the privacy of sensitive data. Therefore, FHE technology is being actively investigated primarily because, with FHE, decryption of the encrypted data is not required in the entire data flow. Data can be stored, transmitted, combined, and processed in an encrypted state. Moreover, FHE is based on an NP-hard problem (Lattice problem) that cannot be broken, even by a quantum computer, because of its high computational complexity and difficulty. FHE boasts a high-security level and therefore is receiving considerable attention as next-generation encryption technology. However, despite being able to process computations on encrypted data, the slow computation speed due to the high computational complexity of FHE technology is an obstacle to practical use. To address this problem, hardware technology that accelerates FHE operations is receiving extensive research attention. This article examines research trends associated with developments in hardware technology focused on accelerating the operations of representative FHE schemes. In addition, the detailed structures of hardware that accelerate the FHE operation are described.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.3
no.4
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pp.201-204
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2005
Twofish is a 128-bit block cipher that accepts a variable-length key up to 256 bits. The cipher is a 16round Feistel network with a bijective F function made up of four key-dependent 8-by-8-bit S-boxes, a fixed 4by-4 maximum distance separable matrix over Galois Field$(GF (2^8)$, a pseudo-Hadamard transform, bitwise rotations, and a carefully designed key schedule. In this paper, the Twofish is modeled in VHDL and simulated. Hardware implementation gives much better performance than software-based approaches.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.60
no.4
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pp.262-266
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2011
In high data-rate communication systems, encryption/decryption must be processed in high speed. In this paper, we implement CCM security mode which is the basis of security. Specifically, we combine CCM with AES block encryption algorithm in hardware. With the combination, we can carry out encryption/decryption as well as data transmission/reception simultaneously without reducing data-rate, and we keep low-power consumption with high speed by optimizing CCM block.
This paper presents a hardware design for the block encryption algorithm of ARIA which is used for standard in Korea. It presents a hardware-efficient design to increase the throughput for the ARIA algorithm using a high-speed pipeline architecture. We have used ROM for the S-box implementation. This approach aims to decrease the critical path delay of the encryption. In this paper, hardware was designed by VHDL, realized RTL level by Synplify which is synthesis tool and verified simulation by ModelSim. The ARIA algorithm is shown 68.3 MHz (Maximum operation frequency) to use Xilinx VertxE XCV Series device.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.11
no.5
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pp.926-932
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2007
Various research groups proposed various architecture of hardware VPN for the high performance VPN system. However, the VPN based on hardware researcher are focused only on the encryption acceleration. Soft based VPN is only useful when the network connection is slow. We have to consider the hardware performance (encryption/decryption processing capability, packet processing, architecture method) to implement hardware based VPN. In this paper, we have analysed architecture of hardware, consideration and problems for high-speed VPN system, From the result, we can choose the proper design guideline.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.6
no.2
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pp.133-139
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2017
Vehicles have increasingly evolved and become intelligent with convergence of information and communications technologies (ICT). Vehicle communications (VC) has become one of the major necessities for intelligent vehicles. However, VC suffers from serious security problems that hinder its commercialization. Hence, the IEEE 1609 Wireless Access Vehicular Environment (WAVE) protocol defines a security service for VC. This service includes Advanced Encryption Standard-Counter with CBC-MAC (AES-CCM) for data encryption in VC. A high-speed AES-CCM crypto module is necessary, because VC requires a fast communication rate between vehicles. In this study, we propose and implement an efficient AES-CCM hardware architecture for high-speed VC. First, we propose a 32-bit substitution table (S_Box) to reduce the AES module latency. Second, we employ key box register files to save key expansion results. Third, we save the input and processed data to internal register files for secure encryption and to secure data from external attacks. Finally, we design a parallel architecture for both cipher block chaining message authentication code (CBC-MAC) and the counter module in AES-CCM to improve performance. For implementation of the field programmable gate array (FPGA) hardware, we use a Xilinx Virtex-5 FPGA chip. The entire operation of the AES-CCM module is validated by timing simulations in Xilinx ISE at a speed of 166.2 MHz.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.10
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pp.1460-1468
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2015
As the number of IoT service increases, the interest of lightweight block cipher algorithm, which consists of simple operations with low-power and high speed, is growing. LEA(Leightweight Encryption Algorithm) is recently adopted as one of lightweight encryption standards in Korea. In this paper a pipeline LEA architecture is proposed to process large amounts of data with high throughput. The proposed pipeline LEA can communicate with external modules in the 32-bit I/O interface. It consists of input, output and encryption pipeline stages which take 4 cycles using a muti-cycle pipeline technique. The experimental results showed that the proposed pipeline LEA achieved more than 7.5 Gbps even though the key length was varied. Compared with the previous high speed LEA in accordance with key length of 128, 192, and 256 bits, the throughput of the pipeline LEA was improved 6.45, 7.52, and 8.6 times. Also the throughput per area was improved 2, 1.82, and 2.1 times better than the previous one.
Data security is an important issue in today's computer networks. In order to construct a safe infra in the open communication network, a cryptography is necessarily applied to several communication application fields like a high-speed networking system supporting real-time operation. A cryptography which has already realized by a software is designed by using a hardware to improve a throughput. In this paper, we design hardware architecture of IDEA by using a single iterative round method to improve a encryption throughput. In addition, we intend to develop a hardware design methodology that a specific cryptography operate with high-speed. The hardware model is described in VHDL and synthesized by the Samsung KG 80 Library in the Synopsys development software tool. With a system clock frequency 20MHz, this hardware permits a data conversion rate of more than 116 Mbit/s.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.12
no.4
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pp.252-256
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2014
Traditional block cipher Advanced Encryption Standard (AES) is widely used in the field of network security, but it has high overhead on each operation. In the 15th international workshop on information security applications, a novel lightweight and low-power encryption algorithm named low-power encryption algorithm (LEA) was released. This algorithm has certain useful features for hardware and software implementations, that is, simple addition, rotation, exclusive-or (ARX) operations, non-Substitute-BOX architecture, and 32-bit word size. In this study, we further improve the LEA encryptions for cloud computing. The Web-based implementations include JavaScript and assembly codes. Unlike normal implementation, JavaScript does not support unsigned integer and rotation operations; therefore, we present several techniques for resolving this issue. Furthermore, the proposed method yields a speed-optimized result and shows high performance enhancements. Each implementation is tested using various Web browsers, such as Google Chrome, Internet Explorer, and Mozilla Firefox, and on various devices including personal computers and mobile devices. These results extend the use of LEA encryption to any circumstance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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