LIGHTWEIGHT IMPLEMENTATION OF DES ALGORITHM FOR RESOURCE CONSTRAINED DEVICES

Abstract

Endüstri 4.0 ile birlikte birçok servis sayısal ortamlara taşınmıştır. Fakat sayısal ortamlardaki veriler büyük riskler içermektedir. Bu yüzden çevrimiçi uygulama kullanıcı verilerinin güvenliğinin sağlanması bir zorunluluktur. Bu perspektiften güvenli veri işleme gereklidir. Fakat kaynak kısıtlı cihazlar için güvenli veri işlemeyi garanti edebilmek zordur. Tarih boyunca hassas bilgileri iletebilmek için DES, 3DES ve AES gibi birçok kriptolojik algoritma önerilmiştir. Fakat bu algoritmalarda güvenlik, hız, aşırı enerji tüketimi, tasarımın içyapısının açıkça bilinmemesi gibi çeşitli problemler bulunmaktadır. Hafifsıklet kriptoloji bu problemleri çözmek için ortaya çıkmıştır. Bu tezde DES algoritmasının yazılım gerçekleştirimini iyileştirmek için yeni bir tasarım mimarisi sunulmuştur. Yeni önerilen hızlandırma tekniği, yazılımda DES algoritmasını hızlandırmak için kullanılmıştır. Sonuçlar geliştirilen kodun orijinal DES algoritmasına göre daha hızlı olduğunu göstermiştir. Çalışmanın bir diğer katkısı ise kaos tabanlı yerine koyma kutularıdır. Önerilen yeni yerine koyma kutularının performans ölçütleri orijinal DES yerine koyma kutularının performans değerlerine yakındır. Dolayısıyla, yeni kriptolojik yapıtaşı orijinal tasarıma bir alternatiftir. Orijinal yerine koyma kutularının tasarım mantığı açık değildir. Bu bir problem oluşturmaktadır. Önerilen yeni yer değiştirme kutusunun tasarım mantığının açık olması bu problemi çözmeyi hedeflemektedir.

Many services are being moved to digital environments with industry 4.0. However, the information in the digital environment poses a great risk. Therefore, ensuring the security of information on the users of online applications is a necessity. This perspective requires secure signal processing. But it is difficult to guarantee secure signal processing for resourceconstrained devices. Throughout history, many cryptographic algorithms such as DES, 3DES, AES have been suggested to transferring sensitive information. But there are several problems in these algorithms such as the security, speed, excessive consumption of energy, the internal structure of the design are not clear to the public. Lightweight cryptology has emerged to solve some these problems. This thesis presents new design architecture for improving the software implementation of the DES. New proposed acceleration technique has been used to speed up the DES algorithm in software. The results show that the developed code is faster than the original DES. Another contributor to the thesis is a chaos-based substitution box. The performance metrics of the proposed substitution boxes are close to the performance values of the original DES substitution boxes. Therefore, the new cryptographic building block is an alternative to original design. In fact, the design of the original DES substitution boxes is unclear and this is a problem. The clearness of the design of the new proposed substitution boxes aims to solve this problem.