الگوریتم‌های سبک‌وزن رمزنگاری |تحلیل و مقایسه
با توجه به طراحی سبک وزن و با به کارگیری دستگاه های تعبیه شده و اینترنت اشیاء (IoT) موجب شده است که نیاز به الگوریتم های رمزنگاری سبک وزن با مصرف پایین منابع، بیش از پیش احساس شود. این الگوریتم‌ها به‌گونه ای طراحی می شوند که بتوانند امنیت قابل قبول را در کنار مصرف حداقل منابع فراهم کنند. در این مقاله به بررسی چند الگوریتم سبک وزن مدرن از نظر توان مصرفی (Power)، سرعت (Throughput/Latency) و ناحیه سخت‌افزاری (Area) خواهیم پرداخت.
1. PRESENT
- نوع الگوریتم: بلاکی، مبتنی بر شبکه SPN
- اندازه بلوک: 64 بیت
- طول کلید: 80 یا 128 بیت
- ناحیه سخت‌افزاری: بسیار کم (حدود 1570 گیت برای نسخه 80 بیتی)
- توان مصرفی: بسیار پایین، مناسب برای RFID و کارت‌های هوشمند
- سرعت: نسبتاً پایین (حدود 11~ kbps در فرکانس‌های پایین)
- تحلیل: مناسب برای سیستم‌های بسیار محدود از نظر منابع، اما در کاربردهای با سرعت بالا دچار ضعف است.
2. SIMON
- نوع الگوریتم: بلاکی، طراحی‌شده توسط NSA
- اندازه بلوک و کلید: متنوع (32/64 تا 128/256 بیت)
- ناحیه سخت‌افزاری: بهینه شده برای مدارهای دیجیتال ساده
- توان مصرفی: پایین‌تر از AES، بسیار کارآمد
- سرعت: بسیار بالا در پیاده‌سازی‌های سخت‌افزاری
- تحلیل: گزینه‌ای ایده‌آل برای سخت‌افزارهای IoT با ترکیب عالی از توان پایین و سرعت بالا
3. SPECK
- نوع الگوریتم: بلاکی، طراحی‌شده توسط NSA
- اندازه بلوک و کلید: مشابه SIMON
- ناحیه سخت‌افزاری: کمی بیشتر از SIMON
- توان مصرفی: کم
- سرعت: بسیار بالا، خصوصاً در پیاده‌سازی نرم‌افزاری
- تحلیل: مناسب برای میکروکنترلرها و نرم‌افزارهای سبک‌وزن، اما از نظر امنیتی مورد انتقاد قرار گرفته است.
4. LEA (Lightweight Encryption Algorithm)
- نوع الگوریتم: بلاکی، طراحی شده توسط ETRI کره جنوبی
- اندازه بلوک: 128 بیت
- طول کلید: 128، 192، یا 256 بیت
- ناحیه سخت‌افزاری: متوسط
- توان مصرفی: بهینه
- سرعت: بسیار خوب در پردازنده‌های 32 بیتی
- تحلیل: الگوریتمی امن با عملکرد بالا، مخصوصاً در محیط‌های نرم‌افزاری مثل IoT Gateways
5. ASCON
- نوع الگوریتم: AEAD (رمزنگاری با احراز هویت همزمان)
- برنده NIST برای الگوریتم سبک‌وزن 2023
- ناحیه سخت‌افزاری: متوسط
- توان مصرفی: پایین
- سرعت: مناسب برای سخت‌افزار و نرم‌افزار
- تحلیل: الگوریتمی مدرن و قابل اعتماد با امنیت بالا، مناسب برای کاربردهای واقعی
مقایسه نهایی
| الگوریتم | توان مصرفی | سرعت اجرا | ناحیه سخت‌افزاری | مناسب برای |
|---|---|---|---|---|
| PRESENT | بسیار پایین | پایین | بسیار کم | کارت‌های هوشمند، RFID |
| SIMON | پایین | بسیار بالا | کم | سخت‌افزار IoT |
| SPECK | پایین | بالا | متوسط | میکروکنترلرها، نرم‌افزار سبک |
| LEA | متوسط | بالا | متوسط | نرم‌افزار 32 بیتی، گیت‌وی‌ها |
| ASCON | پایین | بالا | متوسط | امنیت سطح بالا، کاربرد عمومی |
نتیجه‌گیری
انتخاب الگوریتم سبک‌وزن به شدت به کاربرد بستگی دارد. برای کاربردهایی با سخت‌افزار بسیار محدود، PRESENT و SIMON گزینه‌های مناسبی هستند. در حالی که برای کاربردهای با نیاز به سرعت بالا و امنیت بیشتر، ASCON و LEA انتخاب‌های بهتری محسوب می‌شوند.
در طراحی سیستم‌های رمزنگاری سبک، باید همواره بین سه پارامتر کلیدی ناحیه، توان، و سرعت یک توازن برقرار شود تا بتوان بهترین عملکرد را در محدودیت‌های موجود به دست آورد.
