Implementation of Cryptographic Algorithms in Software: An Analysis of the Effectiveness

Abstract

Implementation of Cryptographic Algorithms in Software: An Analysis of the Effectiveness The goal of the paper is to discuss some possibilities of effective implementing cryptographic algorithms in software development. There are concerned two aspects of the term "effectiveness": efficacy (i.e., meeting a goal of using cryptographic algorithms - providing a protection of information) and efficiency (i.e., implementing cryptographic algorithms in an economical way; as well as implementing cryptographic algorithms to the effect that they execute in an economical way). In the paper, there are defined and classified errors which are the causes of possible vulnerabilities in implementation of cryptographic algorithms on a computer. There are given general recommendations, how to escape from these vulnerabilities. There is also considered implementation of cryptographic algorithms in software development by using software libraries and frameworks. Several widespread software frameworks which provide cryptographic functionality are compared with each other by the speed of execution of algorithms. Finally, there are discussed some possibilities of maximising the speed of execution of cryptographic algorithms, emphasising the importance of parallelisation of algorithms. For block ciphers, possible parallelisation is discussed especially deeply, referencing the results obtained in practical experiments that demonstrate and estimate the benefits of parallelising block ciphers. Kriptogrāfisko algoritmu implementēšana programmatūrā: efektivitātes analīze Šī raksta mērķis ir aplūkot iespējas efektīvi implementēt kriptogrāfiskos algoritmus programmatūras izstrādē. Tiek skarti divi jēdziena «efektivitāte» aspekti: efektivitāte kā kriptogrāfisko algoritmu izmantošanas mērķa (informācijas aizsardzības nodrošināšanas) sasniegšanas rādītājs, un efektivitāte kā kriptogrāfisko algoritmu implementēšanas procesa ekonomiskuma, kā arī jau implementēto algoritmu izpildes ekonomiskuma (galvenokārt, laika resursu ziņā) rādītājs. Rakstā tiek definētas un klasificētas kļūdas, kas var izraisīt ievainojamības kriptogrāfisko algoritmu implementācijā ar datoru; tiek sniegtas vispārējās rekomendācijas, kā var izvairīties no šādām ievainojamībām. Arī tiek aplūkota kriptogrāfisko algoritmu implementēšana, izmantojot programmatūras bibliotēkas un platformas. Vairākas izplatītas programmatūras platformas, kas piedāvā kriptogrāfisko funkcionalitāti, tiek salīdzinātas savā starpā pēc algoritmu izpildes ātruma kritērija. Visbeidzot, tiek aplūkotas dažas iespējas palielināt kriptogrāfisko algoritmu izpildes ātrumu, izceļot algoritmu paralelizācijas svarīgumu. Bloku šifriem iespējamā paralelizācija tiek aplūkota īpaši dziļi; arī, atsaucoties uz praktisko eksperimentu rezultātiem, tiek demonstrētas un novērtētas bloku šifru paralelizācijas priekšrocības. Реализация криптографических алгоритмов в программном обеспечении: анализ эффективности Целью данной статьи является рассмотрение эффективной реализации криптографических алгоритмов в разработке программного обеспечения. Затрагиваются два аспекта термина — эффективность —: эффективность как показатель выполнения цели использования криптографических алгоритмов — обеспечения защиты информации, и эффективность как показатель экономичного процесса реализации криптографических алгоритмов, а также экономичного исполнения реализованных алгоритмов. В статье определяются и классифицируются ошибки, которые могут вызвать уязвимости в реализации криптографических алгоритмов на компьютере; даются общие рекомендации, как возможно избежать таких уязвимостей. Также рассматривается реализация криптографических алгоритмов, используя программные библиотеки и платформы. Несколько распространённых программных платформ, предоставляющих криптографическую функциональность, сравниваются между собой по критерию скорости выполнения алгоритмов. В заключение, рассматриваются некоторые возможности увеличения скорости исполнения криптографических алгоритмов, выделяя при этом важность распараллеливания алгоритмов. Для блочных шифров возможное распараллеливание рассматривается особенно глубоко; также ссылаясь на результаты, полученные в ходе практических экспериментов, демонстрирующие и оценивающие преимущества распараллеливания блочных шифров.