12869

12869

ارائه الگوريتم سريع توربوكد امن مبتني بر GPU

كارشناسي ارشد

برق- مهندسي فناوري اطلاعات - مخابرات امن

زمستان 1392

زمستان 1392

دكتر وحيد طباطبا وكيلي

چكيده توربوكد يكي از مهمترين عناوين تحقيقاتي در حوزه تئوري كدگذاري از سال 1993 تا به حال بوده است. اين كد داراي BER پاييني است، اما تاخير كدبرداري و پيچيدگي آن چالش بزرگي است. الگوريتم پايه كدبرداري توربو مبتني بر BCJR است كه ذاتاً يك الگوريتم سري است. شبيه¬سازي توربوكد با طول متوسط در كانال AWGN بسيار پيچيده بوده و اگر راندمان از مرتبه 9-10 مورد نياز باشد، زمان اجراي آن بر روي CPU هاي معمولي حدود يك روز خواهد بود. از طرف ديگر با در نظر گرفتن پيچيدگي و تاخير حاصل از جدا بودن بلوك¬هاي رمزنگاري و كدگذاري، اگر اين دو فرآيند با يكديگر تركيب شوند، موثرتر بوده و امنيت و قابليت اطمينان سيستم مخابراتي همزمان تضمين مي¬شود. با تركيب اين دو فرآيند دو مساله اصلي باقي مي¬ماند: (1) طراحي درهمريز كه امنيت بايد به گونه¬اي در آن اعمال شود. (2) حفظ راندمان مطلوب با وجود اعمال فرآيند رمزنگاري و در عين حال افزايش سرعت كدبرداري. يك راه حل مناسب، طراحي الگوريتم كدبرداري به صورت موازي بر روي GPGPU است كه هم انعطاف¬پذير است و هم گذردهي بالايي دارد. روش¬هاي مختلفي براي اعمال امنيت در توربوكد وجود دارد؛ مثلاً طراحي درهمريز امن يا غربالگر امن. براي توربوكد موازي روي GPU الگوريتم¬هاي زيادي ارائه نشده است. بين الگوريتم¬هاي موجود نيز وحدت سلسله مراتبي وجود ندارد. يعني طرح بعدي بهبود يافته طرح قبلي نيست بلكه هر طرح رويه¬اي را در پيش گرفته است كه يا گذردهي را بهبود داده و راندمان را تضعيف مي¬كند و يا برعكس. لذا سعي بر آن است كه مقايسه جامعي بين طرح¬هاي محدود موجود انجام شود تا علاوه بر بررسي كاستي¬هاي هر طرح بتوان راهكاري براي ارائه يك الگوريتم مناسب يافت؛ به گونه¬اي كه بين حصول حداكثر گذردهي و همچنين راندمان مطلوب تعادلي برقرار شود. هدف اصلي اين پايان نامه موازي¬سازي توربوكد امن است؛ كاري كه تا به حال انجام نشده است. بدين منظور درهمريز با استفاده از رمزنگار AES، مد ECB طراحي شده ¬است و يافتن الگوي درهمريزي توسط مهاجم منوط به يافتن كليد AES است. نوآوري هاي اين طرح عبارتند از : (1) اعمال امنيت بر مبناي رمزنگاري AES در درهمريز توربوكد و ارائه توربوكد امن، (2) موازي كردن توربوكد امن بر روي GPU، (3) ارائه يك الگوريتم جديد براي توربوكد موازي روي GPU بر مبناي قابليت ¬هاي جديد GPU در اجراي همزمان كرنل¬ها و اتميك ها كه تا به حال از آن استفاده نشده است. در طراحي توربوكد امن روي GPU چندين تكنيك لحاظ شده است: (1) توزيع بار كدبرداري يك كدورد بين چندين هسته، (2) كدبرداري همزمان چندين كدورد، (3) استفاده از تكنيك¬هاي حفاظتي براي جلوگيري از تخريب راندمان حاصل از موازي¬سازي، (4) بهينه¬سازي دسترسي به حافظه. BER حاصل در dB3 SNR = برابر 9-10 و گذردهي، برابر با Mbps15 است. اين طرح قابليت انعطاف لازم براي هماهنگ شدن با كاربري¬هاي مختلف براي ارائه گذردهي و BER مورد نياز در هر كاربري را دارد. كلمات كليدي : توربوكد امن، موازي سازي، درهمريز، AES، GPU.