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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: LEON3-CONF : processador LEON3 com confidencialidade de instruções e de dados
Title Alternative: LEON3-CONF : LEON3 processor with instructions and data confidentiality
Author: Carvalho, Luciana Bulgarelli, 1977-
Advisor: Araújo, Guido Costa Souza de, 1962-
Abstract: Resumo: Garantir a privacidade e integridade de dados e instruções e a corretude da computação que se deseja realizar é o objetivo central em segurança computational moderna. Mecanimos que evitem ataques aos dados e às instruções durante a execução de programas devem garantir a sua confidencialidade desde o momento em que eles são armazenados na memória até quando são executados internamente dentro do processador. O processador LEON3-CONF, proposto neste trabalho, garante a confidencialidade de instruções e/ou de dados na memória externa e durante seu transporte através do barramento processador-memória. Para isto, o LEON3-CONF encripta as instruções e/ou os dados antes de enviá-los à região não segura (composta pelo barramento processador-memória e pela memória externa) e os decripta antes de processá-los e/ou armazená-los. A arquitetura da camada de segurança do LEON3-CONF foi projetada para permitir que um algoritmo de encriptação e decriptação seja adicionado ao processador de forma simples e visando minimizar o impacto no tempo de execução dos programas. O algoritmo de encriptação e decriptação implementado nesta versão do LEON3-CONF é o AES (Advanced Encryption Standard). O objetivo principal deste trabalho é desenvolver e avaliar o impacto de cifração da memória e do barramento na arquitetura LEON3 e não propor um algoritmo novo para esta tarefa. A avaliação do desempenho dos mecanimos de cifração do LEON3-CONF foi feita em uma plataforma FPGA usando um conjunto de programas em linguagem C. Os resultados experimentais revelaram que: (a) o tempo de execução de um programa com apenas dados seguros é, no pior caso, 2,11 vezes o tempo de execução do mesmo programa sem instruções e dados seguros; (b) o tempo de execução de um programa com apenas instruções seguras é, no pior caso, 1,86 vezes o tempo de execução do mesmo programa sem instruções e dados seguros; e (c) o tempo de execução de um programa com instruções e dados seguros é, no pior caso, 2,66 vezes o tempo de execução do mesmo programa sem instruções e dados seguros. O resultado da síntese do LEON3-CONF indica que a camada de segurança utiliza 36,7% da lógica combinacional e 15,8% dos registradores do LEON3-CONF e que o algoritmo de encriptação e decriptação AES utiliza 84,9% da lógica combinacional e 41,9% dos registradores da camada de segurança

Abstract: Ensuring the privacy and integrity of data and instructions and the correctness of the computing that you want to accomplish is the central goal in modern computational security. Mechanisms that prevent attacks on data and instructions while running programs must guarantee their confidentiality from the time they are stored in memory until when they are run internally within the processor. The LEON3-CONF processor, proposed in this work, guarantees the confidentiality of instructions and/or data in the external memory and during their transport through the processor-memory bus. To do this, LEON3-CONF encrypts the instructions and/or data before sending them to the non-secure region (composed of the processor-memory bus and external memory) and decrypts them before processing and/or storing them. The architecture of the LEON3-CONF security layer was designed to allow an encryption and decryption algorithm to be added to the processor in a simple way and to minimize the impact on the programs runtime. The encryption and decryption algorithm implemented in this version of LEON3-CONF is AES (Advanced Encryption Standard). The main objective of this work is to develop and evaluate the impact of memory and bus encryption on the LEON3 architecture and not propose a new algorithm for this task. The performance evaluation of the LEON3-CONF encryption mechanisms was done in an FPGA platform using a set of C language programs. The experimental results showed that: (a) the runtime of a program with only safe data is, in the worst case, 2.11 times the runtime of the same program without safe instructions and data; (b) the runtime of a program with only safe instructions is, in the worst case, 1.86 times the runtime of the same program without safe instructions and data; and (c) the runtime of a program with safe instructions and data is, in the worst case, 2.66 times the runtime of the same program without safe instructions and data. The result of the LEON3-CONF synthesis indicates that the security layer uses 36.7% of the LEON3-CONF combinational logic and 15.8% of the LEON3-CONF registers and that the AES encryption and decryption algorithm uses 84.9% of the security layer combinational logic and 41.9% of the security layer registers
Subject: Arquitetura de computador
Computadores - Medidas de segurança
Criptografia de dados (Computação)
FPGA (Field Programmable Gate Array) - Projetos e construção
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: CARVALHO, Luciana Bulgarelli. LEON3-CONF: processador LEON3 com confidencialidade de instruções e de dados. 2018. 1 recurso online (90 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:IC - Tese e Dissertação

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