I. Tổng quan về đề tài
Khóa luận tập trung vào thiết kế và hiện thực thuật toán kiểm tra chữ ký số RSA trên FPGA, một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật máy tính. Đề tài nhằm giải quyết các thách thức trong việc bảo mật thông tin và xác thực giao dịch điện tử thông qua chữ ký số RSA. Khóa luận này là một phần của khóa luận tốt nghiệp và hướng đến việc tối ưu hóa thuật toán RSA trên phần cứng FPGA.
1.1. Đặt vấn đề
Với sự phát triển của các hệ thống thông tin, việc bảo mật và xác thực giao dịch điện tử trở nên cấp thiết. Chữ ký số RSA là một giải pháp hiệu quả để đảm bảo tính toàn vẹn và xác thực thông tin. Tuy nhiên, việc hiện thực thuật toán này trên phần cứng FPGA vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tài nguyên.
1.2. Mục tiêu đề ra
Mục tiêu chính của khóa luận là hiện thực thuật toán kiểm tra chữ ký số RSA trên FPGA Virtex-7 XC7VX485T-2FFG1761C. Nhóm nghiên cứu hướng đến việc tối ưu hóa thuật toán Montgomery Modular Multiplication và kết hợp với thuật toán SHA-256 để tạo ra một hệ thống kiểm tra chữ ký số hoàn chỉnh.
II. Cơ sở lý thuyết
Chương này trình bày các công cụ và thuật toán được sử dụng trong khóa luận, bao gồm Vivado Design Suite, Vitis Unified Software Platform, và các thuật toán mã hóa như RSA, SHA-256, và Montgomery Modular Multiplication.
2.1. Công cụ Vivado Design Suite
Vivado Design Suite là công cụ chính được sử dụng để thiết kế và hiện thực hệ thống trên FPGA. Nó hỗ trợ tối ưu hóa logic, ước tính độ trễ, và tự động hóa các chiến lược thiết kế. Vivado cũng cung cấp khả năng thiết kế hợp tác thông qua Vivado IP Integrator, giúp tăng tốc quá trình phát triển.
2.2. Thuật toán RSA và SHA 256
Thuật toán RSA là một phương pháp mã hóa bất đối xứng được sử dụng rộng rãi trong việc tạo và kiểm tra chữ ký số. SHA-256 là thuật toán mã hóa một chiều được sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Sự kết hợp của hai thuật toán này tạo nên nền tảng cho hệ thống kiểm tra chữ ký số.
III. Thiết kế hệ thống đề xuất
Chương này trình bày chi tiết về thiết kế hệ thống kiểm tra chữ ký số RSA trên FPGA. Hệ thống bao gồm các khối chính như Montgomery Modular Multiplication, Modular Exponentiation, và SHA-256. Các khối này được thiết kế để hoạt động song song, tối ưu hóa hiệu suất và tài nguyên.
3.1. Khối Montgomery Modular Multiplication
Khối này là trung tâm của thuật toán RSA, được thiết kế để thực hiện phép nhân modulo một cách hiệu quả. Nhóm nghiên cứu đã cải tiến thiết kế để tăng tần số hoạt động và giảm thời gian thực hiện phép tính.
3.2. Khối Modular Exponentiation
Khối này thực hiện phép lũy thừa modulo, một bước quan trọng trong quá trình mã hóa và giải mã RSA. Thiết kế được tối ưu để giảm số chu kỳ cần thiết và tăng tốc độ xử lý.
IV. Hiện thực thiết kế và đánh giá
Chương này trình bày quá trình hiện thực thiết kế trên FPGA và các kết quả đánh giá. Hệ thống được mô phỏng và kiểm tra trên Vivado Design Suite, sau đó được nạp lên FPGA Virtex-7 VC707 để thực thi. Kết quả cho thấy hệ thống đạt được tần số hoạt động 43.478 MHz trong mô phỏng và 30 MHz khi thực thi trên phần cứng.
4.1. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng được các yêu cầu về thời gian và tài nguyên. Các khối RSA và SHA-256 được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác và hiệu suất.
4.2. Kết quả thực thi trên FPGA
Khi nạp lên FPGA, hệ thống đạt được tốc độ xử lý 30 MHz, phù hợp với các ứng dụng thực tế. Kết quả này được so sánh với các nghiên cứu trước đó, cho thấy sự cải tiến đáng kể về hiệu suất.
V. Kết luận và hướng phát triển
Khóa luận đã thành công trong việc thiết kế và hiện thực thuật toán kiểm tra chữ ký số RSA trên FPGA. Hệ thống đạt được hiệu suất cao và có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực bảo mật thông tin. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hướng đến việc tối ưu hóa thêm thuật toán và mở rộng ứng dụng của hệ thống.
5.1. Hướng phát triển
Nhóm nghiên cứu đề xuất việc tích hợp thêm các thuật toán mã hóa khác và tối ưu hóa thiết kế để tăng hiệu suất và giảm tài nguyên sử dụng. Ngoài ra, việc ứng dụng hệ thống trong các lĩnh vực thực tế như giao dịch điện tử và bảo mật dữ liệu cũng là một hướng phát triển quan trọng.
