Апаратна реалізація модулів хешування на базі алгоритмів CRC-32 і Adler-32

The article presents the results of the study of hash functions. To achieve optimal speed and reliability of information protection, the hardware implementation of hashing algorithms is chosen. It guarantees the integrity of the development and excludes the possibility of interception of information. A hardware hashing module based on CRC-32 and Adler-32 algorithms has been developed, which differs from existing developments by the absence of micro program and programmed blocks. The operation of the module is controlled by special control units based on Moore machine. The designed module is a holistic development, which includes a set of blocks responsible for specific stages of calculations. The possibility of improving and adding new hashing algorithms is provided. The proposed hashing algorithms provide the speed of calculating the checksum, which exceeds a hundred times the capabilities of software applications. The probability of hacking the hardware unit is considered minimal, because it involves the process of complete disassembly of the device into components and the calculation of all possible values coming from the components of the module. It has been found that the hardware implementation of the Adler-32 algorithm performs a checksum calculation for an incoming message of the same length approximately 1,481 times faster than the CRC-32 hardware module. The practical value of the obtained results in the work is that the proposed method of algorithms implementation allows to assess the capabilities and benefits of hardware development, ensure the integrity and security of the hashing device, investigate the difference between software and hardware development, including the time spent on design, and provide maximum speed in calculating of hash sums.
У статті представлені результати дослідження хеш-функцій. Для досягнення оптимальної швидкодії та надійності захисту інформації обрана апаратна реалізація алгоритмів хешування. Саме вона гарантує цілісність розробки та виключає можливість перехоплення інформації. Розроблено апаратний модуль хешування на основі алгоритмів CRC-32 і Adler-32, який відрізняється від існуючих розробок відсутністю мікропрограм та запрограмованих блоків. Роботою модуля керують спеціальні блоки керування, що базуються на автоматах Мура. Спроектований модуль представляє собою цілісну розробку, яка включає сукупність блоків, що відповідають за конкретні етапи обчислень. Перебачена можливість вдосконалення та додавання нових алгоритмів хешування. Запропоновані алгоритми хешування забезпечують швидкодію обчислення контрольної суми, що в сотні разів перевищує можливості програмних додатків. Імовірність злому апаратного блоку вважається мінімальною, адже передбачає процес повного розбору пристрою на складові та прорахунок всіх можливих значень, що поступають від складових модуля. Встановлено, що апаратна реалізація алгоритму Adler-32 виконує обчислення контрольної суми для вхідного повідомлення однакової довжини приблизно в 1,481 разів швидше, ніж апаратний модуль CRC-32. Практична цінність отриманих у роботі результатів полягає в тому, що запропонований спосіб реалізації алгоритмів дозволяє оцінити можливості та переваги апаратних розробок, забезпечити цілісність та захищеність пристрою хешування, дослідити різницю між програмними та апаратними розробками, в тому числі й у відношенні часових затрат на проектування, та забезпечити максимальну швидкодію в обчисленні хеш-сум.