Σχεδιασμός και υλοποίηση SoC σε αρχιτεκτονική ARM

Abstract

Η ταχεία εξέλιξη του ηλεκτρονικού εμπορίου και της ψηφιακής τεχνολογίας έχει αυξήσει την ανάγκη για ασφαλή διαχείριση των δεδομένων χρηστών. Οι Συστοιχίες Πυλών Προγραμματιζόμενες στο Πεδίο (Field Programmable Gate Arrays - FPGAs) διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων, προσφέροντας προσαρμοστικότητα και υψηλές επιδόσεις λόγω της δυνατότητάς τους για προγραμματισμό στο πεδίο λειτουργίας. Στο πλαίσιο αυτής της διπλωματικής εργασίας, εξετάζεται η σχεδίαση και η υλοποίηση ενός περιφερειακού συστήματος κρυπτογράφησης, εστιάζοντας στον αλγόριθμο SHA-256 της οικογένειας SHA-2, και η διασύνδεσή του με επεξεργαστή αρχιτεκτονικής ARM. Η επιλεγμένη πλατφόρμα για την υλοποίηση είναι η πλακέτα Kria KR260 Robotics, η οποία διαθέτει ισχυρές δυνατότητες προγραμματισμού και ευρεία υποστήριξη. Ο στόχος της εργασίας είναι η δημιουργία ενός συστήματος που θα επιτυγχάνει την κρυπτογράφηση οποιασδήποτε εισόδου δεδομένων με την καλύτερη δυνατή ταχύτητα, συγκρινόμενο με αντίστοιχες υλοποιήσεις σε άλλες πλακέτες. Ο κύριος στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αποδοτικού και ταχύτατου συστήματος κρυπτογράφησης SHA-256 σε FPGA. Οι επιμέρους στόχοι περιλαμβάνουν: μελέτη και ανάλυση του αλγορίθμου SHA-256, σχεδίαση του συστήματος σε FPGA, διασύνδεση με επεξεργαστή ARM, και αξιολόγηση των επιδόσεων. Η εργασία αυτή αποδεικνύει τη δυνατότητα αξιοποίησης των FPGAs για την υλοποίηση αλγορίθμων κρυπτογράφησης υψηλής απόδοσης. Μέσω της διασύνδεσης με επεξεργαστή ARM, επιτυγχάνεται ένα ολοκληρωμένο σύστημα που προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα στην ασφάλεια και την ταχύτητα επεξεργασίας δεδομένων, συμβάλλοντας στη βελτίωση των εφαρμογών ψηφιακής ασφάλειας και ηλεκτρονικού εμπορίου. Η μελλοντική έρευνα μπορεί να εστιάσει σε επέκταση σε άλλους αλγορίθμους κρυπτογράφησης, βελτιστοποίηση ενεργειακής κατανάλωσης και εφαρμογές σε πραγματικούς κόσμους.