Kryptographie auf programmierbarer Hardware

NUMMER: 148203
KÜRZEL: KProgHard
MODULBEAUFTRAGTE:R: Prof. Dr.-Ing. Tim Guneysu
DOZENT:IN: Prof. Dr.-Ing. Tim Güneysu
FAKULTÄT: Fakultät für Informatik
SPRACHE: Deutsch
SWS: 4
CREDITS: 5
WORKLOAD: 150 Stunden
ANGEBOTEN IM: unregelmäßig

LERNFORM

Vorlesungen und Übungen

LERNZIELE

Die Studierenden kennen die Konzepte der praxisnahen Hardwareentwicklung mit abstrakten Hardwarebeschreibungssprachen (VHDL) und die Simulation von Hardwareschaltungen auf FPGAs. Sie beherrschen Standardtechniken der hardwarenahen Prozessorentwicklung
und sind zur Implementierung von symmetrischen und asymmetrischen Kryptosystemen auf modernen FPGA-Systemen in der Lage.

INHALT

Kryptographische Systeme stellen aufgrund ihrer Komplexität insbesondere an kleine
Prozessoren und eingebettete Systeme hohe Anforderungen. In Kombination mit dem Anspruch
von hohem Datendurchsatz bei geringsten Hardwarekosten ergeben sich hier für den Entwickler ¨
grundlegende Probleme, die in dieser Vorlesung beleuchtet werden sollen.
Die Vorlesung behandelt die interessantesten Aspekte, wie man aktuelle kryptographische
Verfahren auf praxisnahen Hardwaresystemen implementiert. Dabei werden Kryptosysteme wie
die Blockchiffre AES, die Hashfunktionen SHA-1 sowie asymmetrische Systeme RSA und ECC
behandelt. Weiterhin werden auch spezielle Hardwareanforderungen wie beispielsweise der Erzeugung echten Zufalls (TRNG) sowie der Einsatz von Physically Unclonable Functions (PUF)
besprochen.
Die effiziente Implementierung dieser Kryptosysteme, insbesondere in Bezug auf die Optimierung für Hochgeschwindigkeit, wird auf modernen FPGAs besprochen und in praktischen ¨
Übungen mit Hilfe der Hardwarebeschreibungssprache VHDL umgesetzt. ¨
Vorlesungsbegleitend wird ein Blackboard-Kurs angeboten, der zusätzliche Inhalte sowie die
praktischen Übungen bereithält.

VORAUSSETZUNGEN CREDITS

Keine

EMPFOHLENE VORKENNTNISSE

Die Vorlesung baut auf Grundlagenstoff der folgenden Vorlesungen auf:
1) Grundlagen der Kryptographie und Datensicherheit
2) Computerarchitektur
3) Basiswissen Digitaltechnik
Empfehlenswert sind weiterhin Kenntnisse in folgenden Themenbereichen, die in der Vorlesung nur auszugsweise behandelt werden:
1) Schaltungsentwurf mit VHDL
2) Parallele Algorithmen und deren Programmierung
3) Implementierung kryptographischer Systeme