tirsdag 2. november 2010 Dulkóðuð leynda"ut

Transkript

1

2 Glenn Ruben Å!hun Bakke Pål D"vekle# Åsmund Eldhuset Olav Aanes Fa%rlund Stig Fjellskaalnes Daniel Hau%n Olav Morken Gunnar Rangøy Øy'ein Ingmar Ska!sæterha%n Rolf Anders Syve!sen

3 dulkóðuð (islandsk) - kryptert leyndar (islandsk) - hemmelig tut (tulle-islandsk) - telefon

4 dulkóðuð (islandsk) - kryptert leyndar (islandsk) - hemmelig tut (tulle-islandsk) - telefon

5 Oppgaven System for kryptert tale over GSM/GPRS/3G 2 enheter Toveis kommunikasjon Åpen krypteringsstandard Symmetriske nøkler

6 Oppgaven AD/DA for sampling og avspilling av lyd Minst 1 AVR Minst en FPGA eller CPLD

7 Tanker

8 Prototype kr

9 Resultatet

10 Prosesser

11

12

13

14

15

16

17 Komponentvalg

18 Tilkoblet AVR mikrokontroller GSM - serielt grensesnitt (USART) LCD - standard displayinterface SD-kort - Serial Peripheral Interface FPGA - XMEM

19 Tilkoblet FPGA

20 Strømforsyning Batterilader Likeretterbro Krever 10V for å lade batteriet

21 PCB Jumpere som kan splitte mange signaler Stort: (25cm x 23,5cm) Dyrt: (NOK ,- for ti kort)

22

23 PCB 4 Lag VCC Jord 2 x Signal

24 VCC 5V (Rosa) 3.3V (Blått) 1.8V (Gult)

25 Feil og forbedringer Feil markering av elyttenes polaritet måtte loddes på nytt JTAG for FPGA/PROM ble glemt Feil footprint for oscillator 5V på op-amp isteden for 3.3V

26 Kommunikasjon mellom AVR og FPGA AVR'en forespør tjenester av FPGA'en via minnebussen, ved å lese fra eller skrive til bestemte adresser i området 0xE000-0xFFFF

27 Kommunikasjon mellom AVR og FPGA Skriving: Styring av LEDs Krypteringsnøkkel Datablokk som skal (de)krypteres (De)aktivering av cipher block chaining Nullstilling av cipher block chaining Startsignal for en (de)krypteringsoperasjon Lyddata som skal sendes (ikke implementert)

28 Kommunikasjon mellom AVR og FPGA Lesing: Avbruddsstatus Knappestatus Tastaturstatus Mottatte lyddata (delvis implementert) (De)krypterte data Status for nåværende operasjon FPGA'en bruker én avbruddslinje til å signalisere at (de)kryptering er ferdig eller at en tast eller en knapp er blitt trykket Takket være dette grensesnittet var det forholdsvis lett å bytte krypteringsalgoritme

29 Valg av algoritme Opprinnelig valg: AES (Advanced Encryption Standard) / Rijndael Velkjent, sikker og rask Offisiell NIST-standard Vi fant implementasjoner som var enkle å jobbe med

30 Dessverre brukte den syntetiserte versjonen nesten 300% av ressursene til FPGA'en...

31 Endelig valg: Triple DES NSA APPROVED Langsommere, men velkjent og fortsatt sikker Vi fant en implementasjon som brukte lite plass og var enkel i bruk (dette var hovedgrunnen til at vi valgte 3DES)

32 Operasjonsmodus Vi bruker cipher block chaining

33 IV er alltid null - sikkerhetsbrist Kan fikses ved å sende tilfeldige data i første blokk

34 Triple DES Basert på DES (Data Encryption Standard) Symmetrisk blokkchiffer Feistelstruktur Tre 64-bits nøkler (åtte paritetbits i hver; effektiv nøkkelstørrelse 168 bits) Struktur (alle undertrinn bruker DES):

35 DES

36 DES

37 Diskusjon

38 Sikkerhet Vi bruker en anerkjent krypteringsalgoritme i cipher block chaining-modus Svakhet: IV er null. Kan forholdsvis lett løses Produktet tilbyr hverken meldingsintegritet eller autentisitet Sårbart for replay attacks (kan løses med timestamps) Distribusjon og behandling av nøkler er ikke tatt i betraktning (utenfor oppgaven)

39 Ønskede forandringer Splitting av spenningsplan Letter feilfinning (ved kortsluttning) Flere jordingspinner Letter testing og kobling av alternative løsninger (workarounds) Splitting av jordingsplan Hindring av støy på analog delen (audio) Dedikert JTAG-port for mikrokontrolleren på kortet (blir delt med skjermen) Kan ikke bruke skjerm og aktivert JTAG samtidig Kode løste dette problemet

40 Gruppedynamikk Lederskap Én leder kunne fremskyndet viktige (og tidkrevende) avgjørelser Vi fulgte en kollektiv lederskapsmodell (alltid felles beslutninger) Vanskelige beslutninger Valg av mobilenhet Design av lydkrets Liten erfaring og manglende terminologikunnskaper

41 Forskning og utvikling Budsjett overholdt med fin margin Billigere deler ble vurdert, fornuftige vurderinger tatt Ved kr. 300,- i timelønn: ,- i lønnskostnader Utvikling av ferdig produkt Hva trengs? Fjerning av testpinner Minimalisering/optimalisering Konkurransedyktige funksjoner Målgrupper

42 Konklusjon

43 Hva har vi oppnådd Uforutsette problemer med lyd-codec brikken hindret oss; alt kommuniserer og virker sammen bortsett fra denne, som blir utelatt. Mye av implementasjonen og testingen av et komplett system med flere essensielle komponenter som samspiller er på plass: Forsterker (dog med noe støy), samt A/D og D/A konvertering Tre strømkretser og batterilading AVR styrer og kommuniserer med: SD-kort (lesning) GSM-modul Skjerm & tastatur Eksternt minne gjennom FPGA

44 Hva har vi oppnådd Programvare: Trådbasert kode som styrer mikrokontrolleren Cooperative multithreading Bra grensesnitt i programvaren/vhdl Illustrert ved suksessfull utbytting fra AES til TDES på svært kort tid Systemet krypterer og sender (og vice versa) SMS, benytter seg av data på SD-kort Kunnskapsbasis for videreutvikling