Avaliação de técnicas de multiplicação modular voltadas a criptossistemas baseados em isogenias em sistemas ARMv8
| Ano de defesa: | 2024 |
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Resumo: | Orientadores: Julio César López Hernández, Ricardo Dahab |
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Avaliação de técnicas de multiplicação modular voltadas a criptossistemas baseados em isogenias em sistemas ARMv8Evaluation of modular multiplication techniques for Isogeny-based cryptosystems on ARMv8 systemsCriptografia baseada em isogeniasCurvas elípticasCriptografia pós-quânticaMicroprocessadores ARMIsogeny-based cryptographyElliptic curvesPost-quantum cryptographyARM processorsOrientadores: Julio César López Hernández, Ricardo DahabDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Instituto de ComputaçãoResumo: Este trabalho tem como foco a avaliação de diferentes técnicas de implementação voltadas a multiplicação modular em sistemas ARMv8 para o protocolo SIKE, candidato alternativo da terceira rodada do concurso de criptografia pós-quântica do NIST. Neste trabalho, também apresentamos os fundamentos matemáticos de curvas elípticas e suas isogenias, e uma descrição detalhada dos esquemas criptográficos baseados em isogenias SIDH e SIKE, na qual também é coberta a sua segurança e os recentes ataques voltados a criptossistemas baseados no SIDH. Os benchmarks de nossos experimentos foram realizados em quatro dispositivos: uma Orange Pi WinPlus com o processador Cortex-A53, uma NVIDIA Jetson Nano com Cortex-A57, uma Raspberry Pi 4 com Cortex-A72 e um Macbook Air contendo o chip Apple M1. Nestas plataformas, observamos que o método Karatsuba Comba de dois níveis obteve o melhor desempenho nos processadores da família Cortex-A, porém no Apple M1, o método Operand Scanning apresentou uma melhora de desempenho variando de 10% a 43% para o procedimento de multiplicação, e uma melhora de 7% a 25% para a redução modular em todos os níveis de segurança do SIKE, resultando em uma melhoria de 8% a 28% para as operações de KEM do SIKE nesta arquiteturaAbstract: This work focuses on the evaluation of different modular multiplication implementation techniques on 64-bit ARMv8 systems for the SIKE protocol, one of the third-round alternate candidate for the NIST post-quantum cryptography contest. We also provide the mathematical foundations of elliptic curves and their isogenies and a detailed description of the isogeny-based cryptographic schemes SIDH and SIKE, while also covering its security and the recent attacks on SIDH-based cryptosystems. Our experiments benchmarks were performed on four devices: an Orange Pi WinPlus featuring the Cortex-A53 processor, an NVIDIA Jetson Nano with a Cortex-A57, a Raspberry Pi 4 with a Cortex-A72 and a Macbook Air based on an Apple M1 chip. Throughout these platforms we observed that the two-level Karatsuba Comba method performs better on most Cortex-A processors, but on the Apple M1, the Operand Scanning method presented a performance improvement ranging from 10% to 43% for the multiplication procedure and a 7% to 25% improvement for the modular reduction throughout all SIKE security levels, resulting in an overall improvement ranging from 8% to 28% for the SIKE KEM operations on this architectureAbertoMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computação[s.n.]López Hernández, Julio César, 1961-Dahab, Ricardo, 1957-Pereira, Hilder Vitor LimaGuimarães Junior, Antonio CarlosUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMatsumine, Vitor Satoru Machi, 1996-20242024-12-17T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (64 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/29369MATSUMINE, Vitor Satoru Machi. Avaliação de técnicas de multiplicação modular voltadas a criptossistemas baseados em isogenias em sistemas ARMv8. 2024. 1 recurso online (64 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Instituto de Computação, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/29369. Acesso em: 29 set. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1490236Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1490236Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2025-09-08T10:53:51Zoai::1490236Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2025-09-08T10:53:51Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false |
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