[論文レビュー] Software Implementation And Evaluation Of Lightweight Symmetric Block Ciphers Of The Energy Perspectives And Memory

Jaber Hosseinzadeh, Abbas Ghaemi Bafghi|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2017

Quantum-Dot Cellular Automata被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、Atmega128マイコン上でソフトウェア実装された軽量対称ブロック暗号—特にSPECK(64,96)およびTWINE-80—のエネルギー効率とメモリ使用量を評価している。エネルギー消費量とメモリフットプリントをベンチマーク化した結果、SPECK(64,96)はエネルギー制約のある無線センサネットワークにおいて最適であり、TWINE-80はメモリ使用量において最も効率が良かった。

ABSTRACT

Lightweight ciphers are the form of encryption that strictly limited to devices such as tags, RFID, wireless sensor networks applications. Low-resource devices has many limitations in power, energy and memory. In this work, the lightweight block ciphers is implemented on the Atmega128 microprocessor and the results of the energy perspectives and memory were assessed. The results of the evaluation show that the SPECK(64,96) cipher has been the best value of the perspective of energy and is appropriate for wireless sensor networks with the main requirement of energy. If the measure is memory usage, the TWINE-80 is the most appropriate implemented lightweight ciphers on the Atmega128 microprocessor. The SPECK(64,96) cipher is in third place of the perspective of consumer memory. In other side, TWINE-80 cipher is In the second place of the perspective of energy. SPECK(64,96) and TWINE-80 ciphers are the most appropriate for wireless sensor networks.

研究の動機と目的

• リソース制約のある環境における軽量ブロック暗号のエネルギー効率とメモリ効率を評価すること。
• 電力およびメモリ制約に基づいて、無線センサネットワーク（WSNs）に最適な対称暗号を同定すること。
• Atmega128マイコン上での選択した暗号のソフトウェア実装性能を評価すること。
• SPECK(64,96)、TWINE-80、および他の軽量暗号を、エネルギー消費量とメモリフットプリントの観点から比較すること。
• 低消費電力・低メモリの組み込みシステムにおける暗号選定に実証的データを提供すること。

提案手法

• Atmega128マイコン上に、SPECK(64,96)、TWINE-80、およびその他の軽量ブロック暗号を実装した。
• 暗号化処理中に電力監視ツールを用いてエネルギー消費量を測定した。
• コンパイル後のコードサイズおよび静的メモリ割り当てを分析することで、メモリ使用量を定量化した。
• 同等の条件下でベンチマークテストを実行し、暗号間の公平な比較を確保した。
• 標準的なソフトウェア開発手法と最適化されたアセンブリレベルコードを用いて、性能評価を行った。
• 主な評価指標として、エネルギー効率（1回の暗号化あたりのジュール数）およびメモリフットプリント（バイト単位）を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Atmega128マイコン上で、どの軽量ブロック暗号が最も低いエネルギー消費量を示すか？
• RQ2 Atmega128上でのソフトウェア実装において、どの暗号が最も少ないメモリ使用量を必要とするか？
• RQ3 SPECK(64,96)とTWINE-80は、エネルギー効率およびメモリ効率の観点でどのように比較できるか？
• RQ4 評価された暗号群において、エネルギー効率とメモリ使用量のトレードオフはどのようなものか？
• RQ5 エネルギー制約のある無線センサネットワークへの展開において、どの暗号が最も適しているか？

主な発見

• SPECK(64,96)は、すべての評価対象暗号の中で最も低いエネルギー消費量を示し、エネルギー制約のあるアプリケーションに最適であることが明らかになった。
• TWINE-80は最小のメモリフットプリントを示し、他の暗号と比較してメモリ効率が優れていた。
• SPECK(64,96)はメモリ使用量で3番目だったが、エネルギー効率の高さにもかかわらず、中程度のメモリオーバーヘッドを有していた。
• TWINE-80はエネルギー消費量で2番目だったが、電力使用量においてはバランスは取れていたが最適とは言えなかった。
• SPECK(64,96)とTWINE-80は、それぞれの強みが補完し合うことから、無線センサネットワークへの展開に最も適していると同定された。
• 評価結果から、展開環境に応じて主なシステム制約がエネルギーかメモリかに依存するため、暗号選定はその制約に従うべきであることが確認された。