适用于多核 CPU 的并行轻量级块密码算法

IF 1.2 Q3 MULTIDISCIPLINARY SCIENCES

Baghdad Science Journal Pub Date : 2024-03-19 DOI:10.21123/bsj.2024.9052

Hawraa J. Hamiza, Ahmed Fanfakh

{"title":"适用于多核 CPU 的并行轻量级块密码算法","authors":"Hawraa J. Hamiza, Ahmed Fanfakh","doi":"10.21123/bsj.2024.9052","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"أصبحت حماية البيانات واحدة من أهم القضايا على الرغم من التقدم الكبير في الاتصالات والتكنولوجيا. لكي ترسل التكنولوجيا المستندة إلى الويب البيانات بسرعة وأمان ، يجب تشفير البيانات. التشفير هو عملية تحويل النص العادي إلى نص مشفر ، لا يستطيع الأشرار قراءته أو تغييره. تتطلب كل من إجراءات تحليل التشفير وفك التشفير قدرًا كبيرًا من الوقت من أجل الحفاظ على المستوى المطلوب من الأمان. ومع ذلك ، طور عدد من الباحثين نهج التشفير بالتوازي من أجل تقليل مقدار الوقت اللازم لإنهاء إجراءات التشفير وفك التشفير. أنتج التحقيق في هذه القضية عددًا من الحلول القابلة للتطبيق. تمكن الباحثون من تحقيق مستويات أداء محسّنة في تقنية التشفير باستخدام التوازي لزيادة الإنتاجية وتعزيز كفاءة طرق التشفير. لتحقيق أداء عالٍ ، تم تقديم خوارزميات تشفير البقعة خفيفة الوزن وتنفيذها على منصات وحدة المعالجة المركزية مع تحسينات مختلفة. وبالتالي ، في هذا العمل ، تم اقتراح مخطط تشفير خفيف الوزن يستخدم جولة واحدة فقط من تقنية تشفير الكتلة التي يتم تطبيقها بالتوازي على معالج متعدد النواة. تستخدم خوارزمية تشفير الرسائل المقترحة كتلتين فرعيتين من 128 بت من الرسائل العادية ومربع الاستبدال و splitmix64 PRNG لتشفير الرسالة العادية والحصول على كتلتين فرعيتين مشفرتين ، مما يجعلها تقنية سريعة لتشفير وفك تشفير كتل الرسائل. بالمقارنة مع الطريقة الحالية. وفقًا لنتائج الأداء ، فإنه قادر على الوصول إلى إنتاجية عالية للبيانات مقارنة ببعض الأساليب خفيفة الوزن الموجودة بالفعل ، مع معدل نقل أعلى من 25 كيكابت في الثانية على وحدة المعالجة المركزية Intel Core i7. تتفوق طريقة التشفير المقترحة على طريقة البقع المتوازية بمعدل 14.10 مرة أسرع عند تنفيذها على وحدة معالجة مركزية متعددة النواة. متوسط التسريع مقارنة بالنسخة التسلسلية للخوارزمية المقترحة والتنفيذ المتوازي لها هو 4.70. أيضًا ، توفر طريقة التشفير المقترحة قدرًا كبيرًا من العشوائية وتجتاز الاختبارات الإحصائية لـ PractRand. وبالتالي ، فإن الطريقة المقترحة هي منافس قوي للتنفيذ عالي الأمان على المعالجات متعددة النواة. \n \n \n \n ","PeriodicalId":8687,"journal":{"name":"Baghdad Science Journal","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":1.2000,"publicationDate":"2024-03-19","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":"{\"title\":\"Parallel lightweight Block Cipher algorithm for Multicore CPUs\",\"authors\":\"Hawraa J. Hamiza, Ahmed Fanfakh\",\"doi\":\"10.21123/bsj.2024.9052\",\"DOIUrl\":null,\"url\":null,\"abstract\":\"أصبحت حماية البيانات واحدة من أهم القضايا على الرغم من التقدم الكبير في الاتصالات والتكنولوجيا. لكي ترسل التكنولوجيا المستندة إلى الويب البيانات بسرعة وأمان ، يجب تشفير البيانات. التشفير هو عملية تحويل النص العادي إلى نص مشفر ، لا يستطيع الأشرار قراءته أو تغييره. تتطلب كل من إجراءات تحليل التشفير وفك التشفير قدرًا كبيرًا من الوقت من أجل الحفاظ على المستوى المطلوب من الأمان. ومع ذلك ، طور عدد من الباحثين نهج التشفير بالتوازي من أجل تقليل مقدار الوقت اللازم لإنهاء إجراءات التشفير وفك التشفير. أنتج التحقيق في هذه القضية عددًا من الحلول القابلة للتطبيق. تمكن الباحثون من تحقيق مستويات أداء محسّنة في تقنية التشفير باستخدام التوازي لزيادة الإنتاجية وتعزيز كفاءة طرق التشفير. لتحقيق أداء عالٍ ، تم تقديم خوارزميات تشفير البقعة خفيفة الوزن وتنفيذها على منصات وحدة المعالجة المركزية مع تحسينات مختلفة. وبالتالي ، في هذا العمل ، تم اقتراح مخطط تشفير خفيف الوزن يستخدم جولة واحدة فقط من تقنية تشفير الكتلة التي يتم تطبيقها بالتوازي على معالج متعدد النواة. تستخدم خوارزمية تشفير الرسائل المقترحة كتلتين فرعيتين من 128 بت من الرسائل العادية ومربع الاستبدال و splitmix64 PRNG لتشفير الرسالة العادية والحصول على كتلتين فرعيتين مشفرتين ، مما يجعلها تقنية سريعة لتشفير وفك تشفير كتل الرسائل. بالمقارنة مع الطريقة الحالية. وفقًا لنتائج الأداء ، فإنه قادر على الوصول إلى إنتاجية عالية للبيانات مقارنة ببعض الأساليب خفيفة الوزن الموجودة بالفعل ، مع معدل نقل أعلى من 25 كيكابت في الثانية على وحدة المعالجة المركزية Intel Core i7. تتفوق طريقة التشفير المقترحة على طريقة البقع المتوازية بمعدل 14.10 مرة أسرع عند تنفيذها على وحدة معالجة مركزية متعددة النواة. متوسط التسريع مقارنة بالنسخة التسلسلية للخوارزمية المقترحة والتنفيذ المتوازي لها هو 4.70. أيضًا ، توفر طريقة التشفير المقترحة قدرًا كبيرًا من العشوائية وتجتاز الاختبارات الإحصائية لـ PractRand. وبالتالي ، فإن الطريقة المقترحة هي منافس قوي للتنفيذ عالي الأمان على المعالجات متعددة النواة. \\n \\n \\n \\n \",\"PeriodicalId\":8687,\"journal\":{\"name\":\"Baghdad Science Journal\",\"volume\":null,\"pages\":null},\"PeriodicalIF\":1.2000,\"publicationDate\":\"2024-03-19\",\"publicationTypes\":\"Journal Article\",\"fieldsOfStudy\":null,\"isOpenAccess\":false,\"openAccessPdf\":\"\",\"citationCount\":\"0\",\"resultStr\":null,\"platform\":\"Semanticscholar\",\"paperid\":null,\"PeriodicalName\":\"Baghdad Science Journal\",\"FirstCategoryId\":\"1085\",\"ListUrlMain\":\"https://doi.org/10.21123/bsj.2024.9052\",\"RegionNum\":0,\"RegionCategory\":null,\"ArticlePicture\":[],\"TitleCN\":null,\"AbstractTextCN\":null,\"PMCID\":null,\"EPubDate\":\"\",\"PubModel\":\"\",\"JCR\":\"Q3\",\"JCRName\":\"MULTIDISCIPLINARY SCIENCES\",\"Score\":null,\"Total\":0}","platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Baghdad Science Journal","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.21123/bsj.2024.9052","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"Q3","JCRName":"MULTIDISCIPLINARY SCIENCES","Score":null,"Total":0}

引用次数: 0

摘要

尽管通信和技术取得了巨大进步，但数据保护已成为最重要的问题之一。网络技术要想快速安全地发送数据，就必须对数据进行加密。加密是将纯文本转换为坏人无法读取或更改的密码文本的过程。为了保持所需的安全级别，加密分析和解密程序都需要大量的时间。不过，一些研究人员已经开发出一种并行加密方法，以减少完成加密和解密程序所需的时间。对这一问题的研究产生了许多可行的解决方案。研究人员利用并行性提高了加密技术的性能水平，从而增加了吞吐量并提高了加密方法的效率。为实现高性能，引入了轻量级定点加密算法，并通过各种优化在 CPU 平台上实施。因此，在这项工作中，提出了一种轻量级加密方案，只利用一轮在多核处理器上并行执行的块密码技术。所提出的信息加密算法使用两个 128 位子块的纯信息、置换盒和 splitmix64 PRNG 来加密纯信息并获得两个加密子块，是一种快速加密和解密信息块的技术。与现有方法相比根据性能结果，与现有的一些轻量级方法相比，它能达到很高的数据吞吐量，在英特尔酷睿 i7 CPU 上的传输速率高于 25 kbps。在多核 CPU 上实现时，拟议的加密方法比并行补丁方法平均快 14.10 倍。与拟议算法的串行版本及其并行执行相比，平均速度提高了 4.70 倍。此外，所提出的加密方法还提供了大量的随机性，并通过了 PractRand 的统计测试。因此，提出的方法是在多核处理器上实现高安全性的有力竞争者。

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

查看原文本刊更多论文

Parallel lightweight Block Cipher algorithm for Multicore CPUs

أصبحت حماية البيانات واحدة من أهم القضايا على الرغم من التقدم الكبير في الاتصالات والتكنولوجيا. لكي ترسل التكنولوجيا المستندة إلى الويب البيانات بسرعة وأمان ، يجب تشفير البيانات. التشفير هو عملية تحويل النص العادي إلى نص مشفر ، لا يستطيع الأشرار قراءته أو تغييره. تتطلب كل من إجراءات تحليل التشفير وفك التشفير قدرًا كبيرًا من الوقت من أجل الحفاظ على المستوى المطلوب من الأمان. ومع ذلك ، طور عدد من الباحثين نهج التشفير بالتوازي من أجل تقليل مقدار الوقت اللازم لإنهاء إجراءات التشفير وفك التشفير. أنتج التحقيق في هذه القضية عددًا من الحلول القابلة للتطبيق. تمكن الباحثون من تحقيق مستويات أداء محسّنة في تقنية التشفير باستخدام التوازي لزيادة الإنتاجية وتعزيز كفاءة طرق التشفير. لتحقيق أداء عالٍ ، تم تقديم خوارزميات تشفير البقعة خفيفة الوزن وتنفيذها على منصات وحدة المعالجة المركزية مع تحسينات مختلفة. وبالتالي ، في هذا العمل ، تم اقتراح مخطط تشفير خفيف الوزن يستخدم جولة واحدة فقط من تقنية تشفير الكتلة التي يتم تطبيقها بالتوازي على معالج متعدد النواة. تستخدم خوارزمية تشفير الرسائل المقترحة كتلتين فرعيتين من 128 بت من الرسائل العادية ومربع الاستبدال و splitmix64 PRNG لتشفير الرسالة العادية والحصول على كتلتين فرعيتين مشفرتين ، مما يجعلها تقنية سريعة لتشفير وفك تشفير كتل الرسائل. بالمقارنة مع الطريقة الحالية. وفقًا لنتائج الأداء ، فإنه قادر على الوصول إلى إنتاجية عالية للبيانات مقارنة ببعض الأساليب خفيفة الوزن الموجودة بالفعل ، مع معدل نقل أعلى من 25 كيكابت في الثانية على وحدة المعالجة المركزية Intel Core i7. تتفوق طريقة التشفير المقترحة على طريقة البقع المتوازية بمعدل 14.10 مرة أسرع عند تنفيذها على وحدة معالجة مركزية متعددة النواة. متوسط التسريع مقارنة بالنسخة التسلسلية للخوارزمية المقترحة والتنفيذ المتوازي لها هو 4.70. أيضًا ، توفر طريقة التشفير المقترحة قدرًا كبيرًا من العشوائية وتجتاز الاختبارات الإحصائية لـ PractRand. وبالتالي ، فإن الطريقة المقترحة هي منافس قوي للتنفيذ عالي الأمان على المعالجات متعددة النواة.

求助全文

通过发布文献求助，成功后即可免费获取论文全文。去求助

来源期刊

Baghdad Science Journal MULTIDISCIPLINARY SCIENCES-

CiteScore

2.00

自引率

50.00%

发文量

102

审稿时长

24 weeks

期刊介绍： The journal publishes academic and applied papers dealing with recent topics and scientific concepts. Papers considered for publication in biology, chemistry, computer sciences, physics, and mathematics. Accepted papers will be freely downloaded by professors, researchers, instructors, students, and interested workers. ( Open Access) Published Papers are registered and indexed in the universal libraries.