1 Анализ использования задач суммирования чисел по модулю в криптографических приложениях 11

1 Обзор проблем защиты информации в компьютерных системах 11

2 Обзор основных задач криптографии использующих суммирование чисел по модулю 11

1.1.1 Задача обеспечения секретности передаваемых сообщений 11

1.1.2 Использование криптографических методов при автоматизации процессов передачи и обработки информации 12

3 Выводы по главе 13

2 Аналитический обзор архитектуры и принципов построения современных цифровых сигнальных процессоров 14

4 Классификация универсальных и специализированных цифровых сигнальных процессоров 14

5 Общие аппаратные архитектуры используемые для цифровой обработки сигналов 15

5.1 Основные особенности гарвардской архитектуры 15

5.2 Особенности конвейерной обработки задач 17

5.3 Общие принципы построения аппаратных умножителей 17

6 Общие принципы построения универсальных цифровых сигнальных процессоров 18

6.1 Особенности архитектуры с фиксированной запятой 18

6.2 Построение процессоров с плавающей запятой 19

7 Особенности построения специализированных цифровых сигнальных процессоров 19

8 Выводы по главе 20

3 Разработка практических рекомендаций по использованию алгоритмов суммирования чисел по модулю для цифрового сигнального процессора 23

9 Классификация и основные принципы построения сумматоров 23

10 Схемотехнические решения построения сумматоров 23

11 Обоснование основных требований к аппаратным средствам реализации алгоритмов суммирования чисел по модулю в криптографических приложениях 23

12 Синтез алгебраических основ суммирования чисел по произвольному модулю 24

13 Алгоритм нахождения суммы чисел по модулю 24

14 Алгоритм реализации многоразрядного параллельного сумматора по модулю с последовательным переносом 26

15 Выводы по главе 27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 30

ПРИЛОЖЕНИЕ А 32

Список используемых сокращений

DMA – Direct Memory Access, прямой доступ к памяти

SIMD – Single Instruction Multiple Data, архитектура с одним потоком команд и многими потоками данных

VLIW – Very Long Instruction Word, архитектура с командными словами сверхбольшой длины

АЛУ – арифметико-логическое устройство

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

БПФ – быстрое преобразование Фурье

ДПФ – дискретное преобразование Фурье

КОМ – код обнаружения модификаций

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

ЦОС – цифровая обработка сигналов

ЭВМ – электронная вычислительная машина

ЭЦП – электронная цифровая подпись

Введение

В практической деятельности для решения многочисленных проблем информационной безопасности широкое применение нашли криптографические методы [1-4]. В проблематике современной криптографии можно выделить следующие три типа основных задач [4]:

- обеспечение конфиденциальности (секретности);

- обеспечение анонимности (неотслеживаемости);

- обеспечение аутентификации информации и источника сообщений.

Первый тип задач относится к защите информации от несанкционированного доступа с использованием шифрования по секретному ключу. Доступ к информации имеют только обладатели секретного ключа. Такие задачи решаются с помощью одноключевых криптосистем, которые применяются человечеством уже несколько тысячелетий. Второй и третий типы задач обязаны своей постановкой массовому применению электрических способов обработки и передачи информации. Решение задач обеспечения анонимности (при обращении электронных денег или при тайном электронном голосовании) и аутентификации информации связано с открытием двухключевой криптографии, сделанным около 30 лет назад [5]. С того момента проблематика двухключевой криптографии является наиболее интенсивно развивающимся направлением современной криптографии. Появившееся новое направление криптографии востребовало широкого применения теории чисел, комбинаторики, теории сложности, дискретной математики и других ее разделов [6-9]. Предоставленная двухключевой криптографией возможность эффективного решения новых типов задач привела к возникновению и широкому практическому использованию новых информационных технологий, дающих существенную экономическую отдачу. В последнее время широко обсуждается проблема электронного правительства, под которым понимается максимальное использование компьютерной техники и электронного документооборота по реализации управленческих функций правительства. Основой придания юридической значимости электронной информации, циркулирующей в информационных системах в банковской сфере, управленческой деятельности правительства и других государственных органов, включая вооруженные силы и спецслужбы, является двухключевая криптография, обеспечивающая эффективные решения по обеспечению аутентификации и неотслеживаемости. Использование криптографии в современных информационных системах позволяет достигнуть не только максимальной оперативности в финансовой, деловой и управленческой деятельности, но и создать практически непреодолимые преграды для многих противоправных и антиобщественных действий преступных элементов, включая решение проблемы фальсификации денег и ценных бумаг [2].

Реализация основных задач криптографии в настоящее время невозможна без использования специализированных цифровых сигнальных процессоров. Поэтому вопросы, определяющие эффективность функционирования таких процессоров являются наиважнейшими при их проектировании и создании, определяя тем самым актуальность выбранной темы работы.

Цель данной работы – повышение эффективности функционирования цифровых сигнальных процессоров в криптографических приложениях.

Объектом исследования данной работы являются методы нахождения суммы чисел по модулю для цифровых сигнальных процессоров.

Предметом исследования являются алгоритмы формирования суммы по произвольному модулю от числа и аппаратные решения для их реализации.

Теоретико - методологическую базу исследования составляют научная и учебная литература по данной проблематике, публикации в специализированной периодической печати, материалы конференций, ресурсы интернет.

Задачи дипломной работы:

• проанализировать порядок использования задач суммирования чисел по модулю в криптографических приложениях;

• выполнить аналитический обзор архитектуры и принципов построения современных цифровых сигнальных процессоров;

• разработать практические рекомендации по использованию алгоритмов суммирования чисел по модулю в цифровых сигнальных процессорах.

Методы исследования: анализ литературы по теме дипломной работы, моделирование сумматора по модулю программными средствами, классификация цифровых сигнальных процессоров.

Теоретическая значимость данного исследования заключается в том, что материалы, изложенные в работе, представляют углубленное и систематизированное освещение разработки рекомендаций по использованию алгоритмов суммирования чисел по модулю для цифровых сигнальных процессоров.

Практическая значимость дипломной работы определяется возможностью применения её результатов в криптографических приложениях.

Дипломная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованных источников.

Во введении обосновывается выбор темы, ее актуальность, предмет и объект исследования, методы исследования, определяется теоретическая и практическая значимость, формулируются цели и задачи данного исследования.

В первой главе проанализирован порядок использования задач нахождения суммы чисел по модулю в криптографических приложениях. Выполнен анализ существующих проблемы защиты информации в компьютерных системах. Проведен обзор основных задач криптографии, использующих нахождения суммы чисел по модулю. Как наиболее важные, выделены задачи обеспечения секретности передаваемых сообщений и использования криптографических методов автоматизации процессов передачи и обработки информации.

Во второй главе проведен аналитический обзор архитектуры и принципов построения современных цифровых сигнальных процессоров. Выполнена классификация цифровых сигнальных процессоров, проанализированы особенности реализации гарвардской архитектуры, методы конвейерного выполнения задач и принципы построения аппаратных умножителей. Рассмотрены принципы построения универсальных и специализированных сигнальных процессоров. Определено место выполнения суммирования чисел по модулю в цифровом сигнальном процессоре.

В третьей главе разработаны практические рекомендации по возможному применению исследованных алгоритмов в цифровых сигнальных процессорах для реализации криптографических методов работы с информацией. Синтезированы алгебраические правила формирования суммы чисел по модулю. Предложены технические решения для цифровых сигнальных процессоров, реализующие разработанные алгоритмы.

В заключении выполнен анализ проделанной работы, и оценены результаты исследования.