Zholubak I. The methods and tools for creating reconfigurable units for cryptographic data protection in cyber-physical systems

Українська версія

Thesis for the degree of Candidate of Sciences (CSc)

State registration number

0425U000034

Thesis Registration Form

0425U000034.pdf

Applicant for

Specialization

  • 05.13.05 - Комп'ютерні системи та компоненти

28-03-2025

Specialized Academic Board

Д 35.052.18

Lviv Polytechnic National University

Essay

In the dissertation, an important scientific and technical task of creating reconfigurable units for cryptographic information security (CIS) systems based on elliptic curves, which operate in cyber-physical systems with elements of extended Galois fields GF(p^n), where p > 2 is a prime number, the configured characteristic of the field, and n is the order of the field-generating polynomial, the degree of the field over its prime subfield, is addressed. The hardware costs of implementing such systems in extended Galois fields GF(p^n) with various characteristics p and orders n of the field-generating polynomial are analyzed. A multiplier of elements for such Galois fields based on a modified Guild cell (MGC) is proposed. Three structures for creating MGC are proposed. A comparison of their hardware costs is provided. Software execution of operations over elements of extended Galois fields GF(p^n) is more labor-intensive compared to GF(2^m) and provides greater resistance to cracking. The hardware implementation of reconfigurable units provides even greater cryptographic robustness of CIS devices. FPGA were chosen as the elemental base for creating units in cyber-physical systems in the study. For generating VHDL descriptions of units that operate using extended Galois fields GF(p^n) for their subsequent implementation in FPGA, C++ programs-generators of multiplier cores of elements of extended Galois fields were developed. The paper examines the current state and prospects for the development of tools and methods for creating reconfigurable units for CIS systems, considers methods for creating reconfigurable units for CIS systems, the general methodology for conducting dissertation research, the requirements for creating reconfigurable units, the rationale for creating parallel multipliers of elements of extended Galois fields GF(p^n), and methods for creating such multipliers. Methods for assessing time and hardware complexities were improved, and a method for testing the generators of cores of such multipliers was proposed. The process of developing tools (core generators) for multipliers of extended Galois field elements GF(p^n) for cryptographic system units (CIS) is also described. Research has been conducted on the operational units (multipliers) for Galois fields developed during the work, which are used in cryptographic information protection tools based on elliptic curves. The scientific results obtained during the dissertation work create a methodological base for developing CIS units, which allow enhancing the reliability, authenticity, and security of modern hardware CIS devices that operate using elliptical curves and extended Galois fields.

Read more

Research papers

В.С. Глухов, І.М. Жолубак, Мохаммед Кадім Рахма Рахма. Принципи побудови та проектування операційних вузлів для полів Галуа, що використовуються в задачах криптографічного захисту інформації на основі еліптичних кривих. Кіберфізичні системи: багаторівнева організація та проектування [Текст]: монографія – А.О. Мельник та інші. За редакцією професора А. О. Мельника. Львів: «Магнолія 2006», 2019. 238 с. С. 58- 131.

Elias, R., Hlukhov, V., Rahma, M., Zholubak, I. Hardware Components for Post-Quantum Elliptic Curves Cryptography // Advanced Computer Information Technologies (ACIT 2018), Ceske Budejovice, Czech Republic, June 1–3, 2018. P. 236–239. (Scopus).

Zholubak, I., Rahma, M. K., Hlukhov, V. Automation System for Configuration of Cryptographic Data Protection Unit Model // Proceedings of 4th International Workshop on Theory of Reliability and Markov Modeling for Information Technologies (WS TheRMIT 2018), in frameworks of the 14th International Conference on ICT in Education, Research, and Industrial Applications (ICTERI 2018), Kyiv, Ukraine, May 14–17, 2018. С. 700–707. (Scopus).

Zholubak, I.M., Hlukhov, V.S. Galua Field Multipliers Core Generator. International Journal of Computer Network and Information Security, 2023. – Vol. 3. – Pp. 1–14. DOI: 10.5815/ijcnis.2023.03.01, (Scopus).

Rahma, M., Zholubak, I., Hlukhov, V. Devices for multiplicative inverse calculation in binary Galois fields // The 9th IEEE International Conference on Dependable Systems, Services and Technologies (DESSERT’2018), Kyiv, Ukraine, 24–27 May 2018. P. 275–278. (Scopus).

Zholubak, I.M., Hlukhov, V.S. Comparison of hardware complexity of multipliers GF(pm). In Proceedings of the 12th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS), 2023. – Pp. 812–816. Dortmund, Germany. DOI: 10.1109/IDAACS-SWS50031.2020.9297059, (Scopus).

Zholubak, I.M., Hlukhov, V.S. Verification of Synthesized by the IP-core Generator Multipliers of Extended Galois Fields GF(pn) Elements. In Proceedings of the 13th International Conference Dependable Systems, Services and Technologies (DESSERT), 2023. – Athens, Greece, (Scopus).

Zholubak, I.M., Hlukhov, V.S. Validation of Multipliers for Elements of Extended Galois Fields GF(pn) and Multipliers IP-core Generator. In Proceedings of the 18th IEEE International Conference on Computer Science and Information Technologies (CSIT), 2023. – Lviv, Ukraine, (Scopus).

В.С. Глухов, І.М. Жолубак, А.Т. Костик. Особливості опрацювання елементів трійкових полів Галуа на сучасній елементній базі. Вісник Національного університету “Львівська політехніка” “Комп’ютерні системи та мережі”, № 830. Львів, 2015. С. 33 – 39.

Жолубак І. М., Глухов В.С. Визначення розширеного поля Галуа GF(dm) з найменшою апаратною складністю помножувача. Вісник Національного університету «Львівська політехніка» “Інформаційні системи та мережі”, № 854. Львів, 2016. С. 63 – 69.

Жолубак І. М., Глухов В. С. Апаратні витрати помножувачів полів Галуа GF(dm) з великою основою. Вісник Національного університету «Львівська політехніка» “Комп’ютерні науки та інформаційні технології”, № 864. Львів, 2017. С. 77 – 82.

Жолубак І. М., Глухов В. С. Реалізація у ПЛІС помножувачів елементів полів Галуа високих порядків. Вісник Національного університету «Львівська політехніка» “Комп’ютерні системи та мережі”, № 881. Львів, 2017. С. 41 – 47.

Hlukhov, V., Kostyk, A., Zholubak, I., Rahma, M. Galois Fields Elements Processing Units for Cryptographic Data Protection in Cyber-Physical Systems // Advances in Cyber-Physical Systems. 2017. V. 2. № 2. P. 47–53.

Родріг Еліас, Валерій Глухов, Мохаммед Рахма, Іван Жолубак. Ємнісна складність та вбудований контроль пристроїв для опрацювання елементів розширених полів Галуа. Електротехнiчнi та комп`ютернi cистеми. – Одеса : – 2018. Вид-во Наука і техніка. 29(105), с. 95 – 102.

Р.М. Еліас, В.С. Глухов, М. Рахма, І.М. Жолубак. Вбудований контроль пристроїв для опрацювання елементів розширених полів Галуа. Вісник Національного університету «Львівська політехніка» “Комп’ютерні системи та мережі”, № 905. Львів, 2018. С. 64 – 72.

Жолубак І. М., Курман П. В. Система безконтактних платежів на основі технології NFC. Науковий журнал «Комп’ютерні системи та мережі», № 1. Львів, 2022. С. 28 – 37, DOI: https://doi.org/10.23939/csn2022.01.028

Жолубак І. М., Матвієць В. Ю. Трекер для сонячних електростанцій. Науковий журнал «Комп’ютерні системи та мережі», № 1. Львів, 2022. С. 37 – 46, DOI: https://doi.org/10.23939/csn2022.01.037

Bohdan Marii, Ivan Zholubak. Features of Development and Analysis of REST Systems. Advances in Cyber-Physical Systems. Volume 7. Number 2. Lviv Polytechnic National University. 2022. pp. 121 – 129, DOI: https://doi.org/10.23939/acps2022.02.121

Жолубак І. М., Аналіз алгоритмів множення в полях Галуа для криптографічного захисту інформації. Вісник Національного університету «Львівська політехніка» “Інформаційні системи та мережі”, № 13. Львів, 2023. С. 338 – 349, DOI: https://doi.org/10.23939/sisn2023.13.338

Kostyk, A., Zholubak, I. Features of multiplication execution of operations in binary and ternary Galois fields // 5th International Youth Science Forum LITTERIS ET ARTIBUS 2015, Lviv, Ukraine, November 26–28, 2015.

В.С. Глухов, І.М. Жолубак. Порівняння апаратних витрат помножувачів елементів розширених полів Галуа. 17-а міжнародно науково-практична конференція «Сучасні інформаційні та електронні технології» Одеса, Україна, 23—27 травня 2016 р. C. 133 – 134.

І.М. Жолубак, В.С. Глухов. Визначення розширеного поля Галуа GF(dm) з найменшою апаратною складністю помножувача. Інформаційні технології та комп’ютерне моделювання: матеріали статей Міжнародної науково-практичної конференції, 23 – 28 травня 2016 року. - Івано-Франківськ. 2016. С. 80 - 81.

Глухов В.С., Жолубак І.М. Дослідження апаратної складності помножувачів елементів розширених полів Галуа GF(dm). Другий науковий семінар Кіберфізичні системи: досягнення та виклики, Львів, Національний університет «Львівська політехніка», 21-22 червня 2016 р. Матеріали Другого наукового семінару, с. 98 – 105.

Kostyk, A., Zholubak, I. The research of the binary codes program complication and application in cyber-physical systems // 6th International Youth Science Forum LITTERIS ET ARTIBUS 2016, Computer Science & Engineering (CSE-2016), Lviv, Ukraine, November 24–26, 2016.

Zholubak, I., Hlukhov, V. Research Hardware Complexity of Multipliers of Extended Galois Field GF(dm) // 6th International Youth Science Forum LITTERIS ET ARTIBUS 2016, Computer Science & Engineering (CSE-2016), Lviv, Ukraine, November 24–26, 2016.

Zholubak, I., Hlukhov, V. Hardware complexity of multipliers of extended Galois field in FPGA // 7th International Youth Science Forum LITTERIS ET ARTIBUS 2017, Computer Science & Engineering (CSE-2017), Lviv, Ukraine, November 23–25, 2017. P. 420–421.

Zholubak, I., Rahma, M., Hlukhov, V. Automation system program models configuration of cryptography cells in cyber-physical systems // 14th International Conference on ICT in Education, Research, and Industrial Applications (ICTERI 2018), Kyiv, Ukraine, May 14–17, 2018. P. 669–679.

Rodrigue Elias, Valerii Hlukhov, Mohammed Rahma, Ivan Zholubak. FPGA Cores for Fast Multiplicative Inverse Calculation in Galois Fields. Міжнародна науково-практична конференція «Eлектротехнічні та комп’ютерні системи: Теорія та практика» ЕЛТЕКС – 2018. м. Одеса, 29 травня - 1 червня 2018. Електротехнiчнi та комп`ютернi cистеми. – Одеса : – 2018. Вид-во Наука і техніка. 27(103), с. 227-233.

Read more

Files

Disertation_Zholubak_291_16-10-2024_.pdf

autoreferat-Abstract_Zholubak_67_16-10-2024_.pdf

Similar theses

0525U000413

Kashtalian S. Antonina

Elements of the theory and practice of creating multicomputer systems of combined anti-virus baits and traps in corporate networks

0425U000239

Ihor Y. Romanets

Intelligent computer system for detecting malicious IP-telephony messages in a corporate network

0525U000092

Yaroslav O. Osadchuk

Self-oscillating transducers of physical quantities and devices based on them for general and special purpose computer systems and networks

0424U000140

Bogdan Dolintse

Methods and ways to improve the accuracy of information processing in the onboard subsystems of UAV.

0524U000165

Vadym V. Shkarupylo

Methods and means for safety-critical systems’ software and algorithmic constituent design process artifacts control