Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   9 , No .   2 ,  Febr ua ry   201 8 ,  pp.  361 ~ 364   IS S N:  25 02 - 4752 , DO I: 10 .11 591/ ijeecs . v9.i 2 . pp 361 - 364           361       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Improve ment  o f Dat a Secu rity  Usi ng Mi xcolumn       Singh P oja Ram esh 1 ,  S anth osh Ku mar  Sin gh 2   1   Resea r ch  Sc ho l ar,   AM E T  Unive rsit y ,   Ch enna i   2   As sistant   Profe ss or,   Ta gor e  Col le ge   of  Sc ie nc e &  Com m erc e, Mum bai       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Oct   21 , 201 7   Re vised  Dec   2 7 , 2 01 7   Accepte d  Ja n   1 2 , 2 01 8       Advanc ed  Enc r y pt ion  Stand ard   is  the   se cur i t y  base d  a lgori th m   used  to  prote c t  the   d ata  from   the   att ac ker s. In  thi s  pape r,   Opt imiz ed   Inve rse  MixColum n  tra nsform at ion  has  bee n  designe d   with  the   hel p   of  Xtime   m ult ipl icati on   p roc ess.  Xtime  m ult ipl icati on   p erf orm s  the   m ult iplication  func ti on  for  ‘m   X  m ’   dat a;   resul ts  will   be  m - bit   dat a .   Further  the  complexit y   of  Xtime  m ult iplication  pro ce s s  has  bee n  ide nt ifie d  and  re - d esigned  with  th e   hel p  of  eff e ct i ve  CS E  techni ques.   Deve loped  Reduc ed   Xti m e  base d   opti m iz ed  Inv er se  MixColum n  tra nsform at ion  p rovide   be tt er  p e rform anc es  tha n  tra di ti ona l X ti m e  base d   Inv erse   MixColum n   m ult ipl i cation.   Ke yw or d s :   AES   Mi xco lum n   Xti m e   Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Singh  Poja Ra m esh,     Re search  Sc hola r,     AMET  Un i versi ty ,    Chen nai .       1.   INTROD U CTION   Data  secu rity   i s  on e  of   th e  ke y  featur es  in  a ny  com m un ic at ion   syst em .  T he  secu rity   pro vid in g  to  the   syst e m   is  do ne   by  us i ng   s om e  so ftwa re.  I t  w as  de velo pe d  by  us in g  al gorithm   [1 ] .  I n  pre vious  da ys  Data  Encr y  ption   Stand a r d  ( DES)  is  the  al gorith m   to  pr ovide  s ecur it y.  DE S  a lgorit hm   pr ov i de s  sec ur it y  but  it   has   so m e  dr aw bac k  to  giv e   f ull  secur it y  to  the   s yst e m .  DES   pr ocess  only   64 - bit  at   a  tim e.  It  can no t  proces s  la rg e   nu m ber   of   within  a  si ng le   ti m e   [2] .   To  ov erco m e  the  drawb ac k  by  int rod uce  a  ne w  al gorithm   na m ed  as   Adva nced   Enc ryptio n  sta nd a rd   (AES) .  It  overc om es  the  dr a w back   of  DES   al gorith m .  Be cause  it   has  la r ge  nu m ber   of   ste ps   to  pro vid e  the  secu rity   to  the  syst e m   [Mang a rd,  S.  e t  al .,  2005] .  F inall y,  try   to  r e m ov e   correla ti on  b et ween  the sec re t keys and  the p owe r  consum ption   [3 ] . The m ul t ipli cat ive  m asking  is real iz ed  by  us in g  ei ther  st and a r d  CM OS  cel l  (w hich  ha s  to  be  ve rifie d  as  glit ch  f ree   and   DPA  resi sta nt  bu t  it   requires  a  par ti al   aut om atic  desig n  l ow)  or   t he  gate  le ve l  (which   has   to  be  pro ved  as  insecu re  in   te r m s  of   glit ch  at t acks).   Divisive  Hiera rch ic al   Bi sect ing   Mi n – Ma x  Cl us te rin g  Algorithm   is  descr ibe d  in  [ 4].  Boo le a n  m asking   is  reali zed  t o  be  at   the  al gorith m ic   le vel  an d  is  i m m un e  to  DPA  a nd  glit ch  at ta cks .  B oole an  m asking  had  a n  adv a ntage ,  it   is  easy   to  i m ple m ent.  It  does  not  req uire  a ny  extra  s pecific  ha rdwar e .  Bo ole an  Ma sk i ng   is  a  fine   cand i date to  apply  A E S in  Sto rag e  Area  Networks [ G olic, J .D .et al ,  20 07 ] .       2.   PROP OSE D MET HO DOL OGY   Com par ed  to   Mi x - Col um n  trans f or m at ion ,  Inv  Mi x - C olum n  transfor m a ti on   has  m ultip li cat ion   of   long  wor d  le ng th. Desi gn  of  m od ifie d  m ix - colum n  is re presented  in fig ure  belo w.   The  ci rc uit  diagr am   fo r  m od ifie d  Mi x - C olum n  is  sh own  in  F ig ur e  1(a),  F ig ure  1 ( b) ,  F ig ure  1(c)   a nd   F ig ure  1( d)   res pecti vely ,  in  th e  propose d  diagr am   us es  le ss  nu m ber   of  gates  to  pe rf or m   t he  ope rati on s .  Th e   AES   is  a  sym m et ric  key  cryptogra ph y,  i n  wh ic h  bot h  the  se nd e r  a nd  the  receive r  us e  a  sin gle  ke y  for   encr y ption   a nd  decr ypti on.  A ES  process  t he   data  with  the  bit  le ng th  up   t o  128,  19 2,   25 6  bits  pe r  proc ess.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   36 1   –   36 4   362   Each  bit  le ng t h  has  di ff e r ent   ro un ds   to  pro cess.  128 - bit  da ta   le ng th  us es   10   r ounds  to  com plete   the  pr oces s .   192 - bit data  use s 12  r ounds to  p r ocess  t he  co m ple te  acti on . L ikewise  256 -   bits uses 1 4  r ounds t o  com plete  the  entire  proces s.  AES   c on ta in  f our  ste ps   t o  process  the  desig n, .  S - box,   S hif t  ro w ,  m ix - colum n,   Add  r ound   key ,   these are t he  ste ps  to pr ocess t he  com plete  secur it y al gorith m . I t pr oc ess t he  bit by  us in g 4x4 m at rix , each  cell   con ta in  8 - bit  to  proces s  the  data.  Like wise   each  cel l  12 8 - bit  into  16   gro up s  a nd   proces s  each  gro up   i n  each  cel l.  In  f uture  t he  process   ca n  be  im pr oved   by   us in g  2x2  m at rix,   i n  eac h  c el l  process   24 - bit  data  t o  redu ce  th e   com pu ta ti on al   tim e d ur in g  t he  tim e o f op e rati on.                                                                                           Fig ure   1 .   Dia gra m s f or  Op ti m i zed  Xti m e Mult ipli cat ion       3.   SIMULATI O N RESULTS   AND DIS C USSION   The  m od ifie d  Mi x - Col um n  was  de sig ned   Ver il og  H DL .  The  sim ulati on   resu lt s  are  validat ed  usi ng   Mod el - sim   6. 3C ,  and   synt he sis  resu lt s  are   evaluated  by  us in g  Xili nx   10. 1i  desig n  to ol.  In m od ifie d  Mi x - Colum n  desig n  is  re duced  t he  gate  co un ts   with  the Xtim e  m ult ip li cat io n.   F urt he r,   m od ifie d  Mi x - C ol um n  Transf or m at ion   is  a   te ch niqu e  us e d  t o  im pr ov e   the  pe rform ance  of  the   a lgorit hm .Th e  s i m ulati on   res ul ts  for  <<3   T 9 Equ   b [ 7 : 0 ]   b [ 7 : 5 ]   x [ 7 : 0 ]   8  bit   8  bit   8 bit   b [7 : 0 ]   8  bit   8  bit   8  bit   <<2   T b E q u   b [ 7 : 5 ]   x [ 7 : 0 ]   <<1   b[7:0]   8  bit   8 bit   8 bit   << 1   T d  Equ   b[7:5]   x[7:0]   << 2   b [ 7 : 0 ]   8  bit   8  bit   8  b i t   <<1   T e E q u   b [7 : 5 ]     << 1   <<1   x [ 7 : 0 ]   (a)        (b )   ( c )   ( d )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Impr ovem e nt  of  D at a Secu rit y U sin g Mi xcol umn  ( Si ngh Po ja R am es h)   363   AES   e nc ryptio n  by  us i ng  O pt i m iz ed  Mi xCo lum n  desig n  is   il lustrat ed  i n  F ig ure  2  a nd  t he  sim ulati on   resu lt s  for AE S  dec ryption by  us i ng  Op ti m iz ed  Mi xC olu m n  desig n i s il lustrate d  i n  F ig ure  3.           Fig ure   2. Sim ulati on  Result   f or A E S E ncr y pt ion   by usi ng  Op ti m iz ed  Mi x - Colum n           Fig ure   3. Sim ulati on  Result   f or A E S  Decr y ption by  us i ng  Op ti m iz ed  Mi x - Colum n       Table   1 .  C om par io n of   Existi ng and  Pro po s ed AES  Mi xcol um n             Ty p e   Slices   LUT   Delay(n s)   Po wer( m w)   Exis tin g  AE S    1 0 7 4 6   2 0 7 6 0   7 .55 0   7 .76 5   Prop o sed  AE S    1 0 5 4 1   2 0 0 6 4   7 .53 1   6 .72 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vol .  9 ,  No.  2 ,  Fe br uary   201 8   :   36 1   –   36 4   364       Fig ure   4. Per f orm ance A naly s is of E xisti ng  a nd Pro posed  AES       4.   CONCL US I O N   In   this  pa per ,  the  pro posed  t echn i qu e  was  desig ne d  us i ng  thr ough  Very   Larg e  Scal e   In te grat io n  (V L SI)  Syst em   design .  T he   arr an gem ent  of   Xtim e   m ulti plica ti on   is  m od ifie d  without  any  cha ng e s  in  op e rati on  f or   r edu ci ng   t he  lo gic  gate  co un t s.In  the  pro pos ed  te ch nique  r e du ce d  the  gate  counts  in  the   m ix - colum n  proces s.  Propose d  A ES  encr y ptio n  pro vid es  1.9 %   reducti on   in  s li ces  cou nts  a nd  3.3%  reducti on   i n  LUTs  co unts.S i m i la rly delay   i s  reduced  w he n  com par ed  to   the  existi ng   AES   ency ptio n.   Wh e n  com par ed  to   existi ng   AES   encr y pt ion   a nd  Decr ypti on  usi ng   Xtim e  m ul ti plica ti on   bas ed  m ix - Colum n,   the  pro po se d  AE S   decr y ption bas ed Op ti m iz ed  m ix - Colum n  gi ves  a  b et te r pe r form ance.       REFERE NCE S   [1]   A.  Agarwal ,   “ V LSI  Im ple m ent at ion  of  Advanc e d  Enc r y p ti on  Standa rd  using  Rij ndael  Algorit h m , ”   Inte rnation al   Journal  of   Appli cat ion   or Innov a ti on  in   Eng ineeri ng  and  Manag e ment  ( IJA IEM ) ,   v ol /i ss ue:   2 ( 4 ) ,   2 013.   [2]   N.  Ahm ad,   et   al. ,   “ Design  of  AE S  S - Box  u sing  combinat ional  logi c  opti m izati on , ”   IEE E  Symposi um  on  Industrial   El e ct ronics  &   A ppli cations ( ISIE A) ,  pp.   696 - 699,   2010.   [3]   M.  G.  Alam,  et   al. ,   “ Eff e ct   of  gl it ch es  aga inst  Masked  AES  S - bo x  implementa ti o n  and  count erme asure , ”   I ET  Inf.   Sec urit y ,  v ol / issue:   3 ( 1 ) ,   pp .   34 – 44,   2009 .     [4]   T.  Johns on  and   S.  K.  Singh,   “ Divisive   Hi era rch i ca l   Bisecting  Mi n – Max  Cluste rin g  Al gorit hm ,”   i n   Proceedi ngs  o f   the   In te rnationa l   Confe ren ce on D ata  Engi n ee rin g  and  Comm uni cat ion   Technol o gy ,   pp .   579 - 592 ,  2017 .               0 5000 1000 0 1500 0 2000 0 2500 0 LUT s Slices De l ay  (m s) Pow er Exis ting  AES Pr oposed  AES Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.