I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   22 ,   N o .   1 A p r i l   202 1 p p.   71 ~ 82   IS S N :   25 0 2 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 22 .i 1 . pp 71 - 82             71       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   R e a l - t i m e   FPGA   i m p l e m e n t a t i o n   o f   c o n c a t e n a t e d   A E S   a n d   ID E A   c r y p t o g r a p h y   s y st e m       S ar M .   H as s an G i h an .   G .   H am z a   1 E l e c t r o ni c s   a nd   C o m m uni c a t i o ns   E ng i ne e r i ng   D e p a r t m e n t ,   M o de r A c a de m y   f o r   E ng i ne e r i ng   a nd   T e c hno l o gy ,   C a i r o ,   E g y pt .   2 N a t i o na l   I ns t i t u t e   o f   S t a nda r ds ,   T i m e   a nd   F r e que nc y   a nd  M i c r o w a v e s   L a bo r a t o r y ,   G i z a ,   E gy pt       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   O ct   23 ,   2020   R e v i s e D e c   1 4 ,   2020   A c c e pt e F e b   15 ,   202 1       T he   d a t a   e nc r y pt i o i s   o ne   o f   t he   m o s t   c r i t i c a l   i s s u e s   i t he   c o m m uni c a t i o s y s t e m   de s i g n.   N o w a da y s ,   m a ny   e nc r y pt i o a l g o r i t hm s   a r e   b e i ng   upda t e d   t o   ke e p   pa c e   w i t h   t he   r e m a r ka b l e   pr o g r e s s   i n   t he   c o m m uni c a t i o f i e l d .   T he   a dv a nc e e nc r y pt i o s t a n da r ( A E S )   i s   a   c o m m o a l g o r i t hm   t ha t   h a s   pr o v e i t s   e f f i c a c y .   T he   m a i d r a w ba c o f   A E S   i s   t h a t   i t   us e s   t o o   s i m pl e   a l g e br a i c   s t r uc t ur e s ,   s i nc e   e v e r y   bl o c i s   a l w a y s   e nc r y pt e i n   t he   s a m e   w a y   t ha t   m a k e s   t he   ha c ki ng   pr o c e s s   po s s i b l e   i f   t he   ha c ke r   c a p t u r e s   t he   ke y   a nd  t he   u s e s   S - B o x   i n   t h e   i np ut   s t a g e .   T hi s   e s p e c i a l l y   a ppl i e s   t o   t he   unw i r e d   c o m m uni c a t i o s y s t e m s   w he r e   c ha nc e s   o f   ha c ki ng   e xc e e t ho s e   f o und  i n   t he   w i r e s y s t e m s .   T he   p a pe r   pr o po s e s   a   s e c ur i t y   e nha nc e m e nt   m e t ho t h a t   i s   ba s e o u t i l i z i ng   c o n c a t e na t e d   A E S   a nd  i n t e r na t i o na l   da t a   e nc r y pt i o a l g o r i t h m   ( I D E A )   a l g o r i t hm s .   U po a pp l y i ng   t he   p r o po s e a l g o r i t hm ,   t he   h a c ki n g   pr o c e s s   be c o m e s   a   g r e a t   c ha l l e ng e .   T he   pa p e r   i nc o r po r a t e s   t he   r e a l - t i m e   F P G A   i m pl e m e n t a t i o o f   t h e   pr o po s e a l g o r i t hm   i n   t h e   e nc r y pt i o a nd   t he   de c r y pt i o n   s t a g e s .   B e s i de s ,   t h e   pa pe r   pr e s e nt s   a   c l e a r   a n a l y s i s   o f   t he   s y s t e m s   pe r f o r m a nc e .   Ke y w or d s :   A E S     D e c r y pt i o n   E n c r y pt i o n   ID E A   R i j n da e l   T hi s   i s   an   ope n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e ns e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   S a ra   M .   H a s s a n   D e pa rt m e n t   o f   E l e c t r o n i c s   a n Co m m u ni c a t i o n s   E n g i n e e r i ng   M o de r A c a de m y   fo r   E ngi n e e ri n g   a n d   T e c hn o l o g y   Ca i r o ,   E gy pt   E m a i l :   S a r a . H a s s a n @ e n g . m o de rn - a c a de m y . e du. e g       1.   I N TR O D U C TI O N     T h e   U . S .   go ve rn m e n t   s e l e c t e t h e   a dv a n c e e n c r y pt i o n   s t a n d a r d   (A E S )   f o r   p r o t e c t i n g   c o n f i de n t i a l   i n f o r m a t i o n   a n e n c r y pt i n s e n s i t i v e   da t a   [1].   I n   199 7,   t he   n a t i o na l   i n s t i t u t e   o f   s t a n da rds   a n d   t e c hn o l o g y   (N IS T b e ga n   de v e l o pi n g   A E S ,   a nn o u n c i n g   t ha t   a e f f i c i e n t   a l go r i t hm   f o r   t h e   d a t a   e n c r y pt i o s t a nda rd  (D E S ) - t h e   f i r s t   a l go ri t hm   us e d   by   N IS T - w a s   r e qui r e d .   T h e   de v e l o pm e n t   o f   t h e   D E S   e n c o m pa s s e s   t hr e e   d i f f e r e n t   l e n g t h   a l go ri t hm s :   t h e   do ub l e   D E S ,   t h e   t ri pl e   D E S   w i t t w o   ke y s   a nd  t h e   t r i p l e   D E S   w i t t hr e e   ke y s   [2].   H a c ke r s   ha v e   m a na ge d   t o   de c r y pt   t h e   D E S .   A m o n g   t h e   f i e r c e   h a c k i n g   a t t a c ks   i s   t h e   o n e   t h a t   de pe n ds   o a t t e m p t i n g   a s   m a n y   ke y s   a s   po s s i b l e   t o   i l l e g a l l y   a c c e s s   a   m e s s a ge .   T h e   A E S   ha s   o ff e r e a   r e pl a c e m e nt   o f   t h e   da t a   e n c r y pt i o n   s t a n d a r ( D E S ) ,   a s   t h e   A E S   w a s   de v e l o pe fo r   a v o i di n g   t h e   dra w b a c ks   of   t h e   D E S   [3 - 5 ].   T hr e e   a l go ri t hm s   o f   t h e   A E S   w e r e   de t e rm i n e d   b y   N IS T .   T h e   b l oc s i z e   o f   e a c a l go r i t hm   i s   1 28   b i t s ,   a n d   t h e   ke y   l e n g t i s   o n e   o f   t h e s e   s i z e s :   12 8,   192   o r   256   b i t s .   T h e   ke y   l e ngt i s   a   s y m m e t ri c - ke y   t e c hn i que   w h i c u t i l i z e s   t h e   s a m e   ke y   fo r   e n c r y pt i n g   a nd  de c r y pt i n g   [ 6 - 8 ].   O n e   o f   t h e   m a i p r o b l e m s   t ha t   f a c e s   t h e   A E S   e n c r y pt i o n   s y s t e m   i s   t h e   l o n g   t i m e   c o n s u m e t o   pe r f o r m   t h e   e n c r y pt i o n   a n d   t h e   de c r y pt i o n   p r o c e s s e s .   T h i s   i s   b e c a us e   of   t h e   b i num b e r s   o f   r o un ds   us e d,   m a ki ng   t h e   s y s t e m   v ul n e r a b l e   [ 9 - 11 ] .   A s   t h e   t i m e   c o n s u m e b y   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   22 ,   N o .   1 A p r i l   20 21 :    71   -   82   72   e n c r y pt i o s y s t e m   f o r   e n c r y pt i n g   t h e   da t a   i n c r e a s e s ,   t h e   c ha n c e s   o f   t h e   h a c ke r s   t o   b r e a k   i nt o   t h e   s y s t e m   i n c r e a s e .   T h e   f o l l ow i n p a r a g r a p h s   i ndi c a t e   s o m e   r e l e v a n t   r e s e a r c h e s   p ub l i s h e i n   t h e   r e c e n t   y e a r s .   A .   A nus h a   e t   al .   [1 2 ],   t h e   a ut h o r s   p r o po s e   a   m u l t i - p r o c e s s o r   a rra y   f o r   de s i g n i ng   a   p a r a l l e l   A E S   e n c r y pt i o n   s y s t e m   a n d   a c h i e v i ng  a   hi g t hr o ug h pu t   pe r f o rm a n c e .   M o h a m e N a b i l   e t   al .   [1 3 ],   t h e   a u t h o r s   pr e s e nt   a   n e w   t e c hni que   f o r   i n c r e a s i n g   t h e   pe r f o r m a n c e   s pe e o f   t h e   a dv a n c e e n c r y pt i o n   s t a nda rd  b a s e o pi pe l i n e d   p r o c e s s i n g.   P i pe l i n e p r o c e s s i n g   de c r e a s e d   t h e   c o n s um e t i m e ,   m a k i n g   i t   l e s s   t ha t h e   t i m e   c o n s um e du ri n g   c o n duc t i n g   t h e   n o r m a l   p r o c e s s i n g .   M o h a m e N a b i l   e t   al .   [1 4 ] ,   a e nha n c e p r o c e s s i n g   a l go ri t hm   b a s e o n   t h e   pa ra l l e l   p r o c e s s i n i s   p r e s e n t e d.   T h e   a rt i c l e   o ff e r s   a   de t a i l e de s c r i p t i o n   o f   t h e   p r o po s e d   a l go ri t hm   m e t h o do l o g y .   T h e   a u t h o r s   s uc c e e de i s pe e di n g   up  t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   a dv a n c e e n c r y pt i o n   st a n d a r d   by   us i n g   pa ra l l e l   p r o c e s s i n g.   P a ra l l e l   p r o c e s s i n g   m a ke s   t h e   s y s t e m   f a s t e r   t h a pi pe l i n e p r o c e s s i n g .   H ow e ve r ,   t hi s   e nha n c e m e n t   c o n s u m e s   m o r e   r e s o ur c e s   a n d   pow e r .   R i t a m b h a ra   [1 5 ] ,   t h e   a u t h o r s   p r e s e n t   a e nh a n c e A E S   a l go r i t hm   t ha t   a ppl i e s   c a s c a di n g   m e t h o o n   a   ke y   w h o s e   s i z e   i s   4 00  b i t s .   F o p r o m o t i n g   t h e   s a f e t y   of   i nt e rn e t   o f   t hi n gs   n e xt   ge n e ra t i o n,   t h e   a rt i c l e   p r o pos e s   a a l go r i t hm   t ha t   c o m p r i s e s   d i f f us i o o f   A E S   a l go ri t hm .   T h e   p r e s e n t e d   a l go r i t hm   a ppl i e s   a   c a s c a d i n g   t e c hni que   w hi c us e s   200  b i t   pl a i t e x t   a n 4 00  b i t   ke y .   T h e   a l go ri t hm   i s   di v i de i nt o   t w o   e qua l   pa rt s   i o rde t o   p r o v i de   di f f e r e n t   ke y s   a t   d i f f e r e n t   c a s c a d i n g   l e v e l s .   T h e   t e c hn i q ue   ut i l i z e s   o nl y   f i ve   r o unds   i p l a c e   o f   10  i t h e   n e w   a l go ri t hm   i c a s c a de f o r m a t .   It   t h e r e b y   e l i m i na t e s   m i c o l um t w i c e   f r o m   t h e   e nt i r e   A E S .   T hi s ,   i t u rn,   de c r e a s e s   t i m e   a n c o m pl e xi t y .   Z uh a M us l i y a na   e t   a l .   [1 6 ] ,   t h e   a u t h o r s   p r o po s e   a e nha n c e m e n t   o f   t h e   A E S   b a s e o ge n e ra t i n g   A E S   ke y   r a ndo m l y ,   b a s e o n   t h e   v a l ue   o f   t i m e   as   a   us e r   l o gs   i n   w i t h   a   p a r t i c u l a rl y   a c t i v e   pe r i o d.   I n   t h i s   t e c hn i q ue ,   t h e   s e c ur i t y   a ut h e nt i c a t i o n   b e c o m e s   s t r o n ge b e c a us e   of   c h a n ge s   i n   ke y   ge n e ra t i n c i p h e rt e xt   c h a nge s   f o r   e a c h   e n c r y pt i o n   p r o c e s s .   T hi s   i s   b a s e o n   t i m e   a s   a   v a l ua b l e   b e n c h m a r k .   T h e   a u t h o r s   i nt r o duc e   e nh a n c e m e n t   o f   t h e   s y s t e m   by   c h a ngi n g   t h e   ke y   w i t t i m e .   T hi s   p a pe p r o po s e s   a e nha n c e m e n t   by   us i n g   t w c o n c a t e n a t e v a ri o us   s y s t e m s   w i t h   t hr e e   di f fe r e nt   ke y s .   T h i s   c a n   b e   c o n s i de r e a n o t h e r   f a c e   of   t h e   pr e v i o us l y   m e nt i o n e d   pa pe r.   A n o t h e p r o b l e m   f a c e s   A E S :   due   t o   t h e   s i m p l i c i t y   o f   i t s   r o u nds ,   t h e   ha c ki n g   p r o c e s s   i s   po s s i b l e   i f   t h e   ha c ke c a pt u r e s   t h e   ke y   a nd  t h e   S - B o i t h e   i n pu t   s t a ge .   T hi s   e s pe c i a l l y   oc c ur s   i u n w i r e d   c o m m u n i c a t i o s y s t e m s ,   w h e r e   c ha n c e s   o f   h a c ki ng   e xc e e t h o s e   o f   w i r e s y s t e m s .   T h e   t h e m e s   o f   s e c ur i t y   s y s t e m s   a s   w e l l   a s   e n c r y pt i o n   t e c hn i que s   a r e   da i l y   s c a l a b l e .   T h us ,   s e c ur i t y   r e s e a r c h e r s   c o n duc t   p l e nt y   of   e xpe r i m e n t s   f o r   f i n di ng  n e w   t e c hn i que s   t o   e nh a n c e   s e c uri t y   s y s t e m s   [17 - 19] .   S e c uri t y   r e s e a r c h e r s   t a r ge t   de t e rm i ni n ha c ke r s   by   de ve l o pi n s e c uri t y   s y s t e m s   a nd  t e c hni que s .   T hi s   pa pe r   i s   a a t t e m pt   t o   upda t e   o n e   o f   t h e   s t r o n ge s t   e n c r y pt i o n   s y s t e m s   e m pl oy e i i n f o r m a t i o s e c uri t y .   T h e   p a pe p r e s e n t s   a   n e w   t e c hn i que   t h a t   c o ul d   b e   a pp l i e d   f o r   e nh a n c i ng  t h e   s e c uri t y   of   a dv a n c e e n c r y pt i o n   s y s t e m s .   T h e   r e s e a r c p r o po s e s   a   n e w   t e c hn i q ue   t h a t   i s   b a s e o n   a   de s i g n   o f   c o n c a t e n a t e A E S   a n ID E A   c r y pt o gr a p h y   s y s t e m s .   H a c ki n p r o c e s s e s   b e c o m e   a   b i c h a l l e n ge   upo n   a pp l y i n t h e   n e w   a l go ri t hm   [20 - 22 ].   T h e   b l o c s i z e   of   ID E A   i s   64 - b i t ,   a nd  t h e   ke y   s i z e   i s   128 - b i t .   ID E A   u t i l i z e s   t h e   r o un ds   t e c hni que s ,   a ppl y i n g   a   m e t h o do l o g y   n a m e ha l f - r o unds   i w h i c h   e v e r y   r o un us e s   s ub - ke y s   of   16 - b i t .   E v e r y   h a l f - r o u n d   us e s   s ub - ke y s   [23,   24].   T h e   e n c r y pt i o n   ke y   i s   us e t o   e xt r a c t   t h e   f i r s t   s ub - ke y s ,   w h e r e a s   t h e   o t h e r   ke y s   a r e   c r e a t e o b a s i s   o f   t h e   r o t a t i o [25] .   T h e   q ue s t i o n   t h a t   a ri s e s   n ow   i s   w h y   do   w e   us e   ID E A ?   ID E A   h a s   b e e n   s uc c e s s f ul   i c o un t e r i n g   a   l o t   o f   c i ph e r   a t t a c k   m e t h o ds .   ID E A   h a s   p r o v e n   i m m u n e   i c e rt a i c o n d i t i o n s ,   a nd  i t   ha s   n o t   r e v e a l e a l ge b r a i c   o l i n e a r   w e a kn e s s e s   [ 26 - 28 ].   I n   2 005 ,   a dv a n c e pa c ke t   e xc ha n ge   t e c hn o l o g y   (A P E X p r o c l a i m e t h a t   ID E A   a l go r i t h m   o ut pe r f o r m e d   m a n y   e n c r y pt i o n   a l go r i t h m s   w h i c h   a r e   b e i n g   us e n o w a da y s   by   s e v e r a l   go v e r n m e nt s   a nd  E u r o pe a n   c o unt r i e s   [ 2 9,   30 ].     A s   p r e v i o us l y   m e n t i o n e d,   t h e   t r a di t i o na l   p r o c e s s i n s t e ps   of   t h e   A E S   c r y pt o gr a p h y   s y s t e m   ha v e   b e c o m e   o n e   o f   t h e   m o s t   f a m o us   r e a s o n s   t ha t   m a ke   t h e   s y s t e m   v ul n e ra b l e   t o   ha c ki n g   i c a s e   t h e   ha c ke c a a c c e s s   t h e   s y s t e m .   T h i s   i s   po s s i b l e   i f   i t   i s   a s s u m e t h a t   s o m e o n e   c a a c c e s s   a   c e r t a i c o m m u ni c a t i o s y s t e m   a n d   c a pt u r e   t h e   ke y .   A   ha c ke w o ul t h e b e   a b l e   t o   de c r y pt   a n y   da t a   b e c a us e   t h e   p r o c e s s i n s t e ps   a r e   k n o w n .   T h i s   pa pe r   c a n   b e   c o n s i de r e d   a   m e t h o f o r   c h a ngi n g   t h e   n o rm a l i t y   of   t h e   A E S   s y s t e m   a n d   i n c r e a s i n g   t h e   s e c ur i t y   l e ve l   of   t h e   s y s t e m .   T hi s   i s   do n e   by   us i n t w o   di f fe r e n t   c o n c a t e n a t e c r y pt o gr a p h y   s y s t e m s   w i t h   di f fe r e nt   ke y s ,   i n c r e a s i ng  t h e   po s s i b l e   v a l ue s   a n d   m a ki ng  t h e   p r e di c t i o n   p r o c e s s   i m po s s i b l e .   T h e   s t udy   i s   di v i de i nt o   s e v e n   s e c t i o n s .   S e c t i o 1   i n c l ude s   a i nt r o duc t i o n .   S e c t i o 2   i s   a   de s c ri pt i o o f   t h e   A E S .   S e c t i o o ffe r s   a   de pi c t i o o f   t h e   ID E A .   S e c t i o de m o n s t ra t e s   t he   m e t h o do l o g y   a ppl i e f o r   a c h i e v i n t h e   s t udy ’s   ob j e c t i ve .   S e c t i o n   m a n i f e s t s   t h e   i m p l e m e nt a t i o n   o f   t h e   ha rdw a r e .   S e c t i o n   p r e s e n t s   t h e   s i m u l a t i o n   a n t h e   r e s ul t s .   F i n a l l y ,   s e c t i o n   7   i n c l ude s   t h e   c o n c l us i o n   o f   t h e   p a pe r.       2.   TH E   A ES   A L G O R I T H M   2. 1 .      A ES   En c r yp ti o n   T h e   A E S   e n c r y pt i o n   a l go r i t hm   o ff e r s   a e n c r y pt i o n   a nd  de c r y pt i o n   o f   da t a   i b l o c ks   of   128  b i t s .   F i gu r e   1   i s   a   de m o n s t r a t i o o f   a n   A E S   a l go r i t h m   s i m pl i f i e ov e r v i e w .   A s   s h o w n   i F i gu r e   1,   t h e   pl a i t e xt   i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       R e a l - t i m e   F P G A   i m p l e m e nt a t i o o f   c on c at e na t e d   A E S   and   I D E A   c r y pt ogr ap hy   s y s t e m   ( Sar M.   H as s an )   73   t h e   s e n s i t i v e   da t a   w h i c h   i s   r e qu i r e t o   e n c r y pt   [31 ].   T h e   a l g o r i t hm   ke y   i s   a   128 - b i t   s e c r e t   v a r i a b l e   c r e a t e by   a n   a l go r i t h m   t ha t   w i l l   b e   us e f o r   e n c r y pt i ng  t h e   i nput   t e xt .   A   ke y   e xpa n s i o p r o c e s s   i s   pe r f o r m e d   a t   e a c r o u n d;   i t hi s   p r o c e s s ,   a   s e r i e s   o f   n e w   r o u n ke y s   a r e   de ri v e by   us i n t h e   R i j nde a l   k e y   s c h e dul e   a l go ri t hm .   T h e   e n c r y pt e o ut put   i s   c a l l e d   c i p h e t e xt   a f t e p a s s i n g   t hr o ug h   a l l   t h e   e n c r y pt i o r o un ds   s h o w n   i F i gu r e   1 .   T h e   e n c r y pt i o n   p r o c e s s e s   a r e   de m o n s t ra t e o n   t h e   l e f t - h a n d   s i de   a n t h e   de c r y pt i o n   p r o c e s s e s   a r e   s h o w n   o n   t h e   r i g ht - ha n d   s i de   [ 32,   33] .   A   s e r i e s   o f   m a t h e m a t i c a l   t ra n s f o r m a t i o n s   t ha t   us e   t h e   pl a i nt e xt   a nd  t h e   s e c r e t   ke y   a s   a   s t a rt i ng  po i n t   a r e   pe r f o r m e by   t h e   a c t ua l   A E S   c i p h e [ 34 ] .   T h e   m a t h e m a t i c   t r a n s f o r m a t i o n s   w i l l   b e   pe r f o r m e a c c o r di n t F i gu r e   a n w i l l   b e   di s c us s e b e l ow .   T h e   f i r s t   p r o c e s s   i s   c a l l e A ddR o un dK e y .   E v e r y   r o un ke y   c o m b i n e s   w i t t h e   p l a i n t e xt   u t i l i z i n g   t h e   a dd i t i v e   X O R   a l go r i t h m   de m o n s t r a t e i F i gu r e   2 .   A s   s h o w n   i F i gu r e   2   t h e   i n put   pl a i t e xt   b i t s   r e p r e s e nt e by   e l e m e n t s   o f   t h e   m a t ri (A )   i s   X O R e w i t t h e   128   b i t s   ke y   t o   ge t   t h e   m a t ri (Z [ 35 ].   T h e   s e c o n p r o c e s s   i s   t h e   S ub By t e   pr o c e s s   i w h i c a   s u b s t i t ut i o n   t a b l e   i s   us e t o   pe r f o r m   t h e   s ub s t i t ut i o n   o f   t h e   r e s ul t i ng  da t a   [ 36 ] .   E a c h   e l e m e nt   w i l l   b e   re pl a c e by   a n o t h e r   de pe n d i n o n   t h e   v a l ue   o f   t h i s   e l e m e n t .   T h e   n u m b e r   o f   r o w s   i n   t h e   S - B o i s   r e pr e s e nt e by   f i r s t   b i t s   o f   t h e   e l e m e nt ;   t h e   n u m b e r   o f   c o l um n s   i s   r e pr e s e nt e by   t h e   s e c o n b i t s   [ 37 ] .   T h e   e l e m e nt   i t h e   s - bo t ha t   i s   e qu i v a l e nt   t o   t h i s   r o w   a nd  t hi s   c o l um r e pl a c e s   t h e   o l e l e m e nt   i t h e   t e xt   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   3 .   A s   s h o w n   i t h e   f i gu r e   e a c h   e l e m e n t   i t h e   m a t r i x   (a )   i s   d i v i de i n t o   t w o   4 - b i t s   b l o c ks   t ha t   r e f e t o   t h e   n u m b e o f   row   a n d   t h e   n u m b e r   o f   c o l um i t h e   S - B o x.   T h e   n e w   e l e m e n t   t a ke s   pl a c e   t h e   o l d   e l e m e nt   t o   ge t   t h e   m a t ri x   (b [38 ].   T h e   t hi r p r o c e s s   i s   c a l l e S hi f t Row s .   In  t hi s   p r o c e s s ,   e a c h   by t e   i t h e   4x4   c o l um n   o   16  by t e s m a ki n up   a   1 28 - b i t   b l o c k i s   s hi f t e t o   t h e   ri g h t   a s   pr e s e nt e i n   F i gu r e   4 A s   s h o w n   i n   t h e   f i gu r e ,   t h e r e   i s   n o   s h i f t i n i n   t h e   f i r s t   r o w ,   t h e r e   i s   o n e   l e f t   e l e m e nt   s h i f t i n g   i n   t h e   s e c o n r o w ,   t h e r e   a r e   t w o   l e ft   e l e m e n t s   s hi f t i n g   i t h e   t hi r d   r o w   a n d   t h e r e   a r e   t hr e e   l e f t   e l e m e nt s   s h i f t i ng  i t h e   f i n a l   r o w   [ 39 ].           F i g u r e   1 .   T h e   A E S   a l go ri t hm             F i g u r e   2 .   T h e   A ddR o un dK e y   pr o c e s s     F i g u r e   3 .   T h e   S ub By t e   pr o c e s s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   22 ,   N o .   1 A p r i l   20 21 :    71   -   82   74   T h e   f o ur t p r o c e s s   i s   t h e   M i x Co l um n s   p r o c e s s .   T h e   m o dul o   m ul t i pl i c a t i o i s   pe r f o r m e d   us i n g   t h e   C(X 4x1 m a t r i a s   s h o w n   i n   F i gu r e   5 .   A s   s h o w n   i t h e   f i gu re ,   t h e   m a t r i x   (a )   i s   m o dul o   m u l t i pl i c a t e b y   c (x)   t o   ge t   t h e   m a t r i x   (b )   [ 40 ].   T h e s e   p r o c e s s e s   a r e   r e pe a t e d   f o r   n i n e   m a i t i m e s ,   b e s i de s   t h e   i ni t i a l   r o u n d   t ha t   c o n s i s t s   o f   t h e   A ddR o un dK e y   pr o c e s s   a s   w e l l   a s   t h e   f i n a l   r o un d   t ha t   do e s   n o t   i n c l ude   t h e   M i xCo l um n s   p r o c e s s .   A s   s h o w n   i F i gu r e   1 ,   e v e r y   r o und  i s   r e - e n c r y pt e v i a   o n e   of   t h e   r o u n d   ke y s   t h a t   a r e   ge n e r a t e du ri n g   t h e   pr o c e s s   ke y   e xpa n s i o n.   E v e r y   o n e   of   t h e   a dde d   r o un ds   r e duc e s   c h a n c e s   o f   s h o r t c ut   a t t a c ks   [ 41 ].                     F i g u r e   4 .   T h e   S h i f t R ow s   pr o c e s s   F i g u r e   5 .   T h e   M i xCo l um n s   p r o c e s s       2. 2 .      A ES   De c r yp t i o n   A s   s h o w n   i F i gu r e   1 ,   t h e   de c r y pt i o o f   A E S   i s   s i m pl e .   T h e   pr e v i o us l y   m e nt i o n e s t e ps   a r e   r e v e r s e d.   T h e   f i r s t   s t e i s   i n v e rt i n g   t h e   r o und  ke y .   Ce r t a i n l y ,   t h e   o r i g i na l   s e c r e t   ke y   s h o ul b e   kn o w n   fo r   r e v e r s i n g   t h e   pr o c e s s   ut i l i z i n e v e r y   i n v e r s e   r o und  ke y   [42].   T h e   I n v A ddRo un dK e y   i s   pe r f o r m e o n   t h e   e n c r y pt e t e xt   a n d   t h e   ke y   t o   ob t a i n   t hi s   p r e - e n c r y pt e t e xt .   T hi s   i s   a   s i m pl e   s t e p,   w h e r e   t h e   X O R   o pe r a t i o i s   e xe c ut e o n   b o t h   t h e   e n c r y pt e t e xt   a s   w e l l   a s   t h e   r o u n d   ke y   a s   i l l us t r a t e i n   F i gur e   [ 43].   T h e   I n v M i xCo l um n s   p r o c e s s ,   i n   w hi c t h e   m o dul o   m u l t i pl i c a t i o i s   pe r f o r m e us i n g   t h e   i n v e r s e   C(X 4x1m a t ri x,   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   7   [44] .   T h e   I n v S h i f t R ow s ,   w h e r e   e a c by t e   i t h e   4x4  c o l um o f   16  by t e s   c o n s t i t u t e s   a   128 - b i t   b l o c k,   i s   s hi f t e t o   t h e   l e f t   t o   ob t a i n   t h e   o r i g i n a l   t e xt   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   8 .   A s   s h o w n   i n   t h e   f i gur e ,   t h e r e   i s   n o   s h i f t i n g   i t h e   f i r s t   r o w ,   t h e r e   i s   o n e   r i ght   e l e m e n t   s hi f t i n i n   t h e   s e c o n r o w ,   t h e r e   a r e   t w o   r i g h t   e l e m e n t s   s h i f t i n g   i n   t h e   t h i r d   r o w   a n d   t h e r e   a r e   t hr e e   r i g ht   e l e m e nt s   s hi f t i n g   i t h e   f i na l   r o w   [ 45 ].   T h e   In v S ub By t e   pr o c e s s ,   i n   w hi c t h e   i n v e r s e   s ub s t i t u t i o n   o f   t h e   re s ul t a n t   da t a   us i n g   a i n v e r s e   S - B o i s   e xe c ut e d,   i s   de m o n s t r a t e i F i gu r e   9   [46] .               F i g u r e   6 .   T h e   I n v A ddR o un dK e y   pr o c e s       F i g u r e   7 .   T h e   I n v M i xCo l u m n s   p r o c e s s                 F i gu r e   8 .   T h e   I n v S hi f t R ow s   pr o c e s s   F i gu r e   9 .   T h e   I n v S ub By t e   pr o c e s s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       R e a l - t i m e   F P G A   i m p l e m e nt a t i o o f   c on c at e na t e d   A E S   and   I D E A   c r y pt ogr ap hy   s y s t e m   ( Sar M.   H as s an )   75   3.   TH E   I D EA   A L G O R I T H M     ID E A   w o r ks   o n   64 - b i t   b l o c ks   ut i l i z i n a   1 28 - b i t   ke y ,   a n i t   i s   m a de   up  o f   a   c ha i o f   e i gh t   s i m i l a t r a n s f o r m a t i o n s   a s   w e l l   a s   a n   o ut pu t   t ra n s f o r m a t i o n   (t h e   h a l f - r o u n d)  [ 47] .   B o t h   e n c r y pt i o n   a n de c r y pt i o n   pr o c e s s e s   a r e   r e v e r s e l y   i de n t i c a l .   M uc o f   t h e   s e c ur i t y   of   I D E A   i s   de r i v e v i a   i n t e rl e a v i n g   o pe r a t i o n s   f r o m   di v e r s e   s e t s   (m o dul a r   a ddi t i o n ,   m o dul a m ul t i pl i c a t i o n   a nd  b i t w i s e   e x c l us i v e   O R   (X O R ),   a n d   t h e s e   a r e   a l ge b r a i c a l l y   " i n c o m pa t i b l e "   i s o m e   s e n s e ).   T h e   f o l l ow i n g   i s   a   de t a i l e de s c r i pt i o o f   t h e   o pe r a t o r s   t ha t   w o r o n   16 - b i t   qu a n t i t i e s   [48] .   F i gu r e   10  s h o w s   t h e   e n c r y pt i o n   p r o c e dur e   o f   t h e   ID E A .   B i t w i s e   X O R   (e xc l us i ve   O R o pe r a t i o n   i s   r e p r e s e n t e b y   a   c i r c l e pl us   ( ).   A   b o xe pl us   ( r e p r e s e nt s   a d di t i o m o dul o   216 .   M u l t i pl i c a t i o n   m o dul 216+ 1   i s   r e p r e s e n t e d   by   a   c i r c l e do t   ( ).   A   f i na l   h a l f - r o un d   f o l l o w s   t h e   e i g ht   r o u n ds .   T h e   o ut pu t   t r a n s f o r m a t i o n   i s   de m o n s t ra t e b e l ow   (t h e   s w a a t   t h e   e n of   t h e   l a s t   r o u n i s   c a n c e l e by   t h e   s w a of   t h e   m i dd l e   t w o   v a l ue s ;   t h e r e by ,   n o   n e t   s w a i s   f o un d   a s   s h o w n   i F i gu r e   11)   [49] .           F i g u r e   10 .   T h e   f i r s t   e i g h t   r o u n ds   o f   t h e   ID E A   e n c r y pt i o n   a l g o r i t hm           F i g u r e   1 1 .   T h e   f i n a l   r o u n d   o f   t h e   ID E A   e n c r y pt i o n   a l go ri t hm       3. 2 .     I D EA   D e c r yp ti o n   D e c r y pt i o n   a nd  e n c r y pt i o n   o pe ra t e   s i m i l a rl y .   H ow e v e r ,   t h e   ro un ke y s   o r de r   i s   i n v e rt e d,   a n t h e   o dd  r o u n ds ’  s ub   ke y s   a r e   i n v e r t e d .   F o e xa m pl e ,   t h e   i n v e r s e   o f   K 4 9 - K 52  r e pl a c e s   t h e   v a l ue s   o f   s ub   ke y s   K 1 - K fo r   t h e   r e s pe c t i v e   gr o up  o pe r a t i o n.   F o r   de c r y pt i o n ,   K 4 a n d   K 48   s h o ul r e pl a c e   K a n d   K o f   e a c h   g r o up  [49] .           4.   TH E   P R O P O S ED   C O N C A TEN A TED   A ES   A N D   I D EA   S Y S TE M   A s   i l l us t r a t e i F i gu r e   1 2,   t h e   p r o po s e s y s t e m   i s   b a s e o n   ut i l i z i n c o n c a t e na t e s y s t e m   w h i c h   i s   m a de   up  o f   t w o   s t a ge s   of   e n c r y pt i o n   a n d   de c r y p t i o n .   T h e   e n c r y pt i o n ’s   f i r s t   s t a ge   i s   t h e   A E S   a l go r i t h m .   T h e   A E S   e n c r y pt s   t h e   1 28 - i nput   p l a i t e xt   b y   us i n g   c e r t a i c i p h e ke y .   T h e t h e   e n c r y pt e 128   b i t s   a r e   di v i de i nt Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   22 ,   N o .   1 A p r i l   20 21 :    71   -   82   76   t w o   64 - b i t   g r o ups .   T h e   f i r s t   6 b i t s   a r e   t ra n s m i t t e t o   t h e   f i r s t   ID E A   e n c r y pt i o n   b l o c k,   a nd   t h e   s e c o n d   64   b i t s   a r e   t ra n s m i t t e t o   t h e   s e c o n ID E A   e n c r y pt i o n   b l o c k.   T h e   e n c r y pt i o n   p r o c e dur e   i s   pe r f o rm e o t h e   t w   64  b i t s   us i ng  t w o   di f fe r e n t   e n c r y pt i o ke y s   a s   s h o w n   i F i gu r e   12.   T h e   o ut pu t   da t a   o f   t h e   t w o   ID E A   i s   s t o r e d   i n t o   a   128   b uf f e r ,   a n d   t h e t h e   d a t a   i s   t ra n s m i t t e v i a   t h e   c ha nn e l .   O f   c o ur s e ,   t h e   da t a   i s   a f f e c t e d,   s i n c e   i t   i s   s ub j e c t e t o   e rr o r s   b e c a us e   o f   t h e   c h a nn e l   n o i s e .   T h i s   i s s ue   c a b e   s o l v e by   us i n g   a e rr o de t e c t i o a n d   e rr o c o r r e c t i o a l go ri t hm   (c o di n g   s y s t e m ).   T h e r e   a r e   m a n y   c odi n g   a l go r i t hm s   t h a t   c a us e d   t o   pe r f o r m   e rr o r   de t e c t i o n   a n d   e rr o r e c o ve r y ,   b ut   t hi s   i s s ue   i s   n o t   in   t h e   s c o pe   o f   t h i s   a r t i c l e .   T h e r e f o r e ,   i t   w i l l   n o t   b e   di s c us s e d   i n   t h i s   pa pe r.   A s   s h o w n   i n   F i gu r e   12,   t h e r e   a r e   t hr e e   128   b i t s   ke y s .   T h e   A E S   ke y ,   t h e   f i r s t   ID E A   ke y   a n d   t h e   s e c o n 128  b i t s   ke y   r e n de r   t h e   h a c ki ng   p r o c e s s   a   b i g   c h a l l e n ge   f o ha c ke r s .   F i gu r e   13   s h o w s   t h e   de c r y pt i o n   s y s t e m .   I t   c o n s i s t s   o f   t w o   c o n c a t e na t e d   a l go r i t hm s   i d i f f e r e n t   o r de r s .   T h e   f i r s t   de c r y pt i o s t a ge   r e p r e s e n t s   t h e   t w o   ID E A   de c r y pt i o n   a l go ri t hm s .   T h e   d a t a   t ha t   i s   r e c e i v e fo r m   t h e   c h a nn e l   i s   s t o r e i n t o   a   b uff e r   t h a t   s pe c i f i e s   t h e   da t a   fo r   e a c h   ID E A   s y s t e m .   T h e   f i r s t   6 b i t s   a r e   t ra n s m i t t e t o   t h e   f i r s t   ID E A   de c r y pt i o n   b l o c k,   a n t h e   s e c o n d     64  b i t s   a r e   t ra n s m i t t e t o   t h e   s e c o n ID E A   de c r y pt i o n   b l o c k.   T h e   de c r y pt i o n   p r o c e dur e s   a r e   pe r f o r m e o t h e   t w o   64  b i t s ,   a nd  t h e   o ut pu t   o f   e a c h   b l o c i s   t ra n s m i t t e d   t o   t h e   A E S   de c r y pt i o b l o c k ,   w h i c h   pe r f o r m s   t h e   de c r y pt i o n   p r o c e s s   o n   t h e   128   b i t s   t o   o b t a i t h e   o r i g i na l   128   pl a i n   t e xt .             F i g u r e   12 .   T h e   p r o po s e e n c r y pt i o n   s y s t e m ’s   b l oc di a g r a m           F i g u r e   13 .   T h e   p r o po s e de c r y pt i o n   s y s t e m ’s   b l oc di a g r a m       5.   H A R D WA R I M P LEM EN TA TI O N   In  t h i s   p a pe r,   t h e   i m p l e m e nt a t i o a n d   r e a l i z a t i o o f   t h e   p r o pos e s y s t e m   a r e   p r e s e n t e d   v i a   t h e   F P G A .   T h e   F P G A   ut i l i z e i s   t h e   X i l i nx  S pa r t a n - 3A / 3A N   F P G A   S t a r t e r   K i t .   F i gu r e   14  s h o w s   t h e   i m pl e m e n t a t i o ki t   t ha t   i s   us e d.   T h e   p r o po s e s y s t e m   i s   de s i g n e t hr o ug w ri t i ng   V H D L   c o d e s   ut i l i z i n g   t h e   X i l i n x   p a c ka ge   IS E   14 . 7   p r o g r a m ,   a n d   t h e   c o de s   a r e   s i m ul a t e d   v i a   t h e   IS i m   s i m ul a t o p r o gra m .   T h e   t e s t i n g   s t r a t e gy   i s   b a s e o n   c o nn e c t i n g   t h e   F P G A   ki t   t o   t h e   l a p t o by   us i n g   a   J T A G   c a b l e .   T h e   da t a   i s   t ra n s m i t t e t o   t h e   ki t   us i n g   a   J T A G   c a b l e ,   t h e   e n c r y pt i o p r o c e s s   i s   pe r f o r m e d,   a nd   t h e   re s ul t   i s   t ra n s m i t t e t o   t h e   l a p t o t o   c h e c t h e s e   r e s ul t s   o t h e   C h i pS c o pe   pa c ka ge   (X i l i n x   s o f t w a r e   t ha t   m a ke s   t h e   us e r s   c a c h e c t h e   d a t a   p a s s i n g   t hr o ug t h e   F P G A   pa t h s ) .   T h e   e n c r y pt e d   da t a   i s   t ra n s m i t t e a ga i n   t o   t h e   ki t ,   t h e   de c r y pt i o n   p r o c e s s   i s   pe r f o r m e d,   a n d   t h e   o ut put   i s   t ra n s m i t t e t o   t h e   l a pt o t o   c h e c t h e   r e s ul t   t ha t   s h o ul b e   e qua l   t o   t h e   o ri gi na l   d a t a .   F i gu r e   1 5   i l l us t ra t e s   t h e   IS E   14. 7   o f   t h e   p r o po s e e n c r y pt i o s y s t e m ’s   s c h e m a t i c   d i a g ra m .   T h e   pr e s e nt e e n c r y pt i o s y s t e m   c o n s i s t s   o f   A E S   e n c r y pt i o n   s y s t e m   a nd  t w o   pa ra l l e l   b r a n c h e s   of  ID E A   e n c r y pt i o n   s y s t e m .   T h e   s y s t e m ’s   i n put   c o n s i s t s   o f   t h e   p l a i n   t e xt   (t h e   t e xt   t h a t   n e e ds   t o   b e   e n c r y pt e d),   t h e   c i p h e ke y   fo r   t h e   A E S   e n c r y pt i o n ,   t h e   f i r s t   ID E A   ke y   fo r   t h e   f i r s t   ID E A   e nc r y pt i o n   s y s t e m   a n d   t h e   s e c o n ID E A   ke y   f o r   t h e   s e c o n ID E A   e n c r y pt i o n   s y s t e m .   T h e   c l o c i s   us e t o   pe r f o r m   t h e   s y n c hr o n i z a t i o n e e de t o   m a ke   t h e   c o m po n e n t s   o f   t h e   c i r c ui t   o pe ra t e   c o rr e c t l y   t o ge t h e r   i a   c e r t a i n   p r o t o c o l .   T h e   c l o c c y c l e   us e i t h i s   p r o j e c t   i s   50  M hz ,   a n i t   i s   a   b ui l t - i c l o c c h i i t h e   us e F P G A   K i t .   F i na l l y ,   t h e   r s t   i n pu t   i s   r e qui r e t o   r e s e t   a l l   t h e   pa r a m e t e r s   o f   t h e   s y s t e m   t o   t h e i de f a ul t   v a l ue s   i f   n e e de d.   T h e   o ut put   o f   t hi s   s c h e m a t i c   di a g r a m   i s   t h e   e n c r y pt e d   t e xt   t h a t   i s   t ra n s m i t t e v i a   t h e   c ha nn e l .     F i gu r e   1 6   i l l us t ra t e s   t h e   IS E   14. 7   o f   t h e   p r o po s e de c r y pt i o s y s t e m ’s   s c h e m a t i c   d i a g ra m .   T h e   de c r y pt i o n   s y s t e m   c o m pr i s e s   A E S   de c r y pt i o n   s y s t e m   a n d   t w o   pa ra l l e l   b r a n c h e s   of   ID E A   de c r y pt i o n   s y s t e m .   T h e   s y s t e m ’s   i n put   i n c l ude s   t h e   e n c r y pt e t e xt   (t h e   t e xt   t h a t   n e e ds   t o   b e   de c r y pt e t o   ob t a i n   t h e   o r i g i n a l   t e xt ),   a n d   t h e   c l o c t ha t   w i l l   b e   us e t o   pe r f o r m   t h e   s y n c hr o ni z a t i o n   n e e de t o   m a ke   t h e   c o m po n e n t s   o f   t h e   c i r c ui t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       R e a l - t i m e   F P G A   i m p l e m e nt a t i o o f   c on c at e na t e d   A E S   and   I D E A   c r y pt ogr ap hy   s y s t e m   ( Sar M.   H as s an )   77   o pe r a t e   c o rr e c t l y   i a   c e r t a i p r o t o c o l .   B e s i de s ,   t h e   c l o c c y c l e   us e i t hi s   p r o j e c t   i s   50   M hz ,   a n d   i t   i s   t h e   s a m e   c l o c c y c l e   us e i n   t h e   e n c r y pt i o n   (t h e   t r a n s m i t t e r t o   ob t a i n   a   s y n c hr o ni z a t i o n   e n v i r o nm e nt   b e t w e e n   t h e   t r a n s m i t t e r   a n d   t h e   r e c e i v e r .     F i na l l y ,   t h e   r s t   i nput   i s   r e qui r e d   t o   r e s e t   a l l   t h e   p a ra m e t e r s   o f   t h e   s y s t e m   t o   t h e i r   de f a ul t   v a l ue s   i f   n e e de d.   T h e   p r o po s e e n c r y pt i o n   s y s t e m ’s   IS i m   s i m ul a t i o n   i s   i l l us t r a t e i F i gu r e   1 7 .   T h e   o ut put   o f   t hi s   i m pl e m e nt a t i o i s   t h e   o ri gi na l   t e xt .   T h e   p ro pos e de c r y pt i o n   s y s t e m ’s   IS i m   s i m ul a t i o n   i s   i l l us t r a t e i F i gu r e   1 8 .           F i gu r e   14 .   T h e   X i l i nx  S pa rt a n - 3A / 3A N   F P G A   S t a r t e r   K i t       T h e   e nh a n c e pe r f o r m a n c e   i s   i l l us t ra t e ut i l i z i ng  t h e   C hi pS c o p e   (X i l i nx  C h i pS c o pe   us e s   t h e   l o gi c   a n a l y z e r   a n v i r t ua l   i nput / o ut put   di r e c t l y ,   a n i t   a l l o w s   v i e w i n t h e   i n t e rna l   s i g na l s ).   T hi s   i s   do n e   t o   c o n f i rm   t h e   de s i g a f t e i t   i s   do w n l o a de o t h e   u t i l i z e d   F P G A   k i t   f o r   p r o v i ng  t h e   p r o po s e a l go r i t hm ’s   b e ha v i o r .   F i gu r e   18   a nd  F i gu r e   19   i l l us t r a t e   t h e   C h i pS c o pe   o ut put s .           F i gu r e   15 .   T h e   IS E   1 4. 7   o f   t h e   p r o po s e e n c r y pt i o n   s y s t e m ’s   s c h e m a t i c   di a g ra m           F i gu r e   16 .   T h e   IS E   1 4. 7   o f   t h e   p r o po s e de c r y pt i o n   s y s t e m ’s   s c h e m a t i c   di a g ra m       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   22 ,   N o .   1 A p r i l   20 21 :    71   -   82   78   6.   S I M U LA TI O N   A N D   R ES U LTS   F i gu r e   17   i l l us t ra t e s   t h e   e n c r y pt i o n   s y s t e m ’s   IS i m   s i m ul a t i o n.   T h e   s y s t e m ’s   i nput   c o m pri s e s   t h e   c l k ,   r s t ,   p l a i n _t e xt ,   c i p h e r _ke y ,   ID E A 1_ ke y   a n d   ID E A 2_ke y .   D a t a _o ut ,   w hi c i s   s u rr o unde b y   a   y e l l ow   r e c t a n g l e ,   i s   t h e   o ut put   o f   t h e   e n c r y pt i o n   s y s t e m ;   a n d   t h i s   o ut put   r e p r e s e n t s   t h e   e n c r y pt e t e xt .   F i gu r e   1 8   il l us t r a t e s   t h e   pr o po s e de c r y pt i o n   s y s t e m ’s   IS i m   s i m u l a t i o n.   T h e   i n put   o f   t h e   s y s t e m   i s   t h e   e n c r y pt e d_t e xt .   T h e   o ut p ut _ t e xt ,   w h i c i s   s u rr o unde by   a   y e l l ow   r e c t a n gl e ,   i s   t h e   o ut put   o f   t he   s y s t e m ;   a n d   i t   r e p r e s e n t s   t h e   o ri gi na l   t e xt   b e fo r e   t h e   e n c r y pt i o n   p r o c e s s .   A s   e xpe c t e d,   t h e   de c r y pt e o ut put   i s   t h e   s a m e   s y s t e m   i n pu t   (pl a i t e xt ).   T o   pr o v e   t ha t ,   t h e   F P G A   de s i g n   c o ul b e   ut i l i z e i n   r e a l   l i f e .   T h i s   i s   a c hi e v e t hr o ug h   do w n l o a di ng  t h e   de s i g o t h e   k i t .   T h e   C hi pS c o pe   t o o l   i s   us e d   f o c h e c ki ng  t h e   v a l ue s   o f   t h e   ki t   o ut p ut ,   w h i c r e p r e s e n t   t h e   r e a l   d a t a .   T h e   v a l ue s   w hi c p a s s   b e t w e e n   t h e   i n t e rna l   b us e s   of   t h e   ki t   a r e   c h e c ke v i a   C hi pS c o pe .   F i gu r e   1 9   s h o w s   t h e   e n c r y pt i o n   s y s t e m ’s   r e a l   o ut put   da t a F i gu r e   20   i l l us t r a t e s   t h e   de c r y pt i o n   s y s t e m ’s   r e a l   o ut put   d a t a .   T h e s e   o ut put   v a l ue s   h a v e   t h e   s a m e   s i m ul a t i o n   o ut p ut ,   w hi c p r o v e s   t h e   v a l i di t y   of   t h e   p a pe r ’s   p r o po s a l ,   a n d   c o n f i r m s   t h e   r e s ul t   o f   t h e   s t udy ’s   i m p l e m e nt a t i o n .           F i g u r e   1 7 .   T h e   p r o po s e e n c r y pt i o n   s y s t e m ’s   IS i m   s i m ul a t i o n           F i g u r e   1 8 .   T h e   p r o po s e de c r y pt i o n   s y s t e m ’s   IS i m   s i m ul a t i o n           F i gu r e   19 .   T h e   e n c r y pt i o n ’s   C h i pS c o pe   a n a l y s i s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       R e a l - t i m e   F P G A   i m p l e m e nt a t i o o f   c on c at e na t e d   A E S   and   I D E A   c r y pt ogr ap hy   s y s t e m   ( Sar M.   H as s an )   79       F i g u r e   20 .   T h e   de c r y pt i o n ’s   C h i pS c o pe   a n a l y s i s       T a b l e   i l l us t ra t e s   t h e   p r o po s e s y s t e m ’s   de v i c e   ut i l i z a t i o n   s um m a r y .   By   c o m pa ri n t h e   h a rdw a r e   r e s o ur c e s   of   t hi s   p a pe r   s h o w n   i T a b l e   w i t h   t h e   ut i l i z e ha rdw a r e   t a b l e   i n   [1 4],   i t   i s   e v i de n t   t ha t   t h e   p r o po s e d   c o n c a t e n a t e a l go r i t h m   c o n s u m e s   m o r e   ha r dw a r e   r e s o ur c e s   t h a t h e   n o r m a l   p r o c e s s i n g .   T hi s   r e s ul t   i s   pr e di c a t e b e c a us e   t h e   pa pe r   us e s   t w o   di f fe r e n t   c o n c a t e n a t e a l go ri t hm s .   H ow e v e r ,   t hi s   ha r dw a r e   c o n s u m pt i o c a b e   a c c e pt e i n   o rde t o   i m p r o v e   t h e   s e c u r i t y   of   t h e   s y s t e m .   T h e   l a s t   r e l a t e d   w o r k   s e t   i c o m pa r i s o t o   t h i s   p a pe w a s   pub l i s h e d   i t h e   ICC CA   [15] .   I t h e   a ut h o r ’s   pr o po s a l ,   t h e   e f f i c i e n c y   of   A E S   a l go ri t hm   ha s   b e e i m p r o v e v i a   u t i l i z i n g   s e que nt i a l   2 00 - b i t   pl a i t e xt   a s   i n put   a n 4 00  b i t s   a s   ke y   i n   c a s c a de f o r m a t .   T hi s   i s   due   t o   A E S - A E S   c a s c a di n g   a nd  t h e   di v i s i o n   o f   400 - b i t   ke y   i n t o   t w o   200 - b i t   ke y ,   w h i c m a ke s   t h e   s y s t e m   l e s s   s us c e pt i b l e   t o   s e v e r e   a t t a c ks .   T hi s   i m p r o v e t h e   pe r f o r m a n c e   o t h e   A E S   b ut   m a de   t h e   s y s t e m   u nr e l i a b l e   due   t o   t h e   v e r y   h i g r e s o ur c e   c o n s um pt i o a nd   t h e   h i g c o m pl e xi t y   of   t h e   s y s t e m .     I t hi s   pa pe r,   t h e   s e c o n s t a ge   i s   r e pl a c e by   ID E A   s y s t e m ,   w h i c h   i s   s i m p l e t h a t h e   A E S   a nd  c o n s um e s   l e s s   r e s o ur c e s .   T h us ,   t h e   p a pe r   r e a c h e s   t h e   o pt i m um   s o l ut i o t o   m a ke   t h e   c o m pl e xi t y   a n d   t h e   r e s o ur c e s   c o n s um pt i o n   a s   l o w   a s   po s s i b l e ,   r e n de r i ng  t h e   s y s t e m   m o r e   r e l i a b l e .   Z u h a M us l i y a n a   e t   al .   [16] ,   t h e   a ut h o r s   i nt r o duc e   n o r m a l   A E S   p r o c e s s i n w i t h   c ha n gi ng  t he   ke y   by   t h e   t i m e .   T h e   dy n a m i c   ke y   ge n e r a t i o n   l e a ds   t o   c e r t a i de l a y s   t ha t   c a n   b e   a   d ra w b a c i t h e   p r o po s e i m p r o v e m e n t .   T h e   e nha n c e m e nt   i n   t h i s   p a pe r   o c c ur s   by   us i n g   f i xe ke y s   b ut   di f fe r e nt   p r o c e s s i n g   s t e ps   a nd   c e r t a i b i t s   a rra nge m e nt s   t h a t   a r e   k n o w n   t o   b o t h   t h e   t ra n s m i t t e a nd  t h e   r e c e i v e r .       T a b l e   1 T h e   p r o po s e s y s t e m ’s   de v i c e   ut i l i z a t i o s u m m a r y   L o g i c   u t i l i z a t i o n   U s e d   n u m b e r   S l i c e   F l i p   F l o p s   N u m b e r   8653   4   i n p u t   L U T s   N u m b e r   3524   O c c u p i e d   S l i c e s   N u m b e r   6 5 8 9 6   S l i c e s   c o n t a i n i n g   o n l y   re l a t e d   l o g i c   N u m b e r   2 8 9 6 5   4   i n p u t   L U T s   T o t a l   N u m b e r   6 5 8 9 6   Bo n d e d   IO B s   N u m b e r   768   BU F G M U X s   N u m b e r   2   RA M B1 6 BW E s   N u m b e r   8       7.   C O N C LU S I O N   T h e   de v e l o pm e n t   o f   ha c ki n g   a nd  t h e   pe r s i s t e n t   d i s c ov e r i e s   o ga ps   i s y s t e m s   h a v e   m a de   t h e   p r o c e s s   of   i n f o r m a t i o n   s e c u r i t y   m o r e   c ha l l e n gi n g ,   a nd   i t   i s   i c o n t i n uo us   n e e o f   upda t i ng.   T w o   of   t h e   c o m m o a l go ri t hm s   f o r   s e c uri n da t a   a r e   t h e   A E S   a n d   t h e   ID E A   a l go ri t hm s .   T hi s   pa pe o ff e r s   a   de t a i l e de s c r i p t i o o th e   A E S   c r y pt o gr a p h y   a l go r i t hm   a n d   i nt r o duc e s   a   n e w   t e c hni que   w h i c c a b e   u t i l i z e d   f o i n c r e a s i n g   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   a dv a n c e e n c r y pt i o s t a nda rd  s e c u r i t y .   T h e   b a s i s   o f   t h e   n e w   t e c hn i q ue   i s   de s i g ni n g   a   c o n c a t e n a t e A E S   a n d   ID E A   e n c r y pt i o n   s y s t e m .   A s   m e n t i o n e b e fo r e ,   i m a n y   c a s e s   t h e   ID E A   a l go ri t hm   o ut pe r f o r m e num e r o us   e n c r y pt i o a l go ri t hm s   t ha t   a r e   c urr e n t l y   b e i n us e by   s e ve r a l   go ve rn m e n t s   a n d   E u r o pe a c o un t ri e s .   T h e   p r o po s e a l go r i t hm   po s e s   a   b i c h a l l e n ge   f o r   h a c ke r s .   T h i s   i s   due   t o   t h e   h i g c o m pl e xi t y   of   t h e   e n c r y pt i o n   a n de c r y pt i o n   p r o c e s s e s ,   s i n c e   t hr e e   di f f e r e n t   ke y s   a r e   us e f o r   t h e   e n c r y pt i o n   pr o c e s s .   I n   a ddi t i o n ,   t h e   t a rge t e i n f o rm a t i o n,   s uc a s   t h e   b i t s   f o r m a t   a nd  t h e   a rr a nge m e nt   o f   t h e s e   b i t s   i t h e   e n c r y pt e t e xt   (k n o w n   f o r   t h e   r e c e i v e r ),   i s   h a rd  t o   o b t a i n   by   ha c ke r s .   T hi s   pa pe h a s   s uc c e e de in   a c h i e v i ng   i t s   ob j e c t i ve   a s   t h e   r e s ul t s   s h o w n   i t h e   s i m u l a t i o a n d   t h e   r e s ul t s   s e c t i o ha v e   p r o ve n .   T h e   p a pe de m o n s t ra t e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   22 ,   N o .   1 A p r i l   20 21 :    71   -   82   80   t h e   r e a l - t i m e   F P G A   i m p l e m e n t a t i o n   o f   t h e   p r e s e nt e a l go ri t hm   i n   t h e   e n c r y pt i o n   a nd  t h e   de c r y pt i o n   s t a ge s .   T h e   s t udy   a l s o   o ff e r s   a   c l e a a na l y s i s   of   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o po s e s y s t e m .   T h e   p r o po s e c o n c a t e na t e d   t e c hn i q ue   i t hi s   pa pe r   m a ke s   t h e   s y s t e m   m o r e   s e c ur e   t ha t he   n o r m a l   o n e   (A E S   c r y pt o gr a p h y ) t h e   t e c hn i que   i s   a l s m o r e   r e l i a b l e   f o r   t h e   a p pl i c a t i o n   s y s t e m s   t ha t   n e e t h e   hi g h e s t   s e c uri t y   l e ve l s   t o   c o un t e r   h a c k i ng   a t t a c ks   ( s uc a s   m i l i t a r y   s y s t e m s ).   O t h e   o t h e ha n d ,   t h e   t e c hni que   c o n s um e s   m o r e   r e s o ur c e s   a n d   t i m e .   T h e r e f o r e   t h e   f ut ur e   w o r k s   t a r ge t   i m p r o v i n g   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o po s e s y s t e m   by   us i n g   p a ra l l e l   o pi pe l i n e d   p r o c e s s i n t e c hn i q ue s   t o   de c r e a s e   t h e   t i m e   c o n s u m e d .   A n o t h e o bj e c t i v e   w o ul b e   a t t e m p t i ng   t o   c o n s um e   f e w e r   h a rdw a r e   r e s o ur c e s . S ub s e que n t l y ,   t h e   s y s t e m   c o m pl e xi t y   w i l l   de c r e a s e .       R EF ER EN C ES     [ 1]   J i a m i ng   X u ,   A o   F a n,   M i ny i   L u,   a nd  W e i w e i   S ha n ,   " D i f f e r e n t i a l   P o w e r   A na l y s i s   o f   8 - B i t   D a t a p a t h   A E S   f o r   I o T   A ppl i c a t i o ns , "   20 18   17 t I E E E   I nt e r n at i ona l   C on f e r e nc e   O T r us t ,   Se c ur i t y   A nd  P r i v a c y   I n   C om p ut i ng   A nd   C om m uni c at i on s /   12 t h   I E E E   I nt e r n at i ona l   C on f e r e nc e   O B i D a t a   Sc i e nc e   A nd   E ng i ne e r i ng   ( T r us t C om / B i gD a t aSE ) ,   p p.   14 70 - 1473 ,   201 8 ,   do i :   10. 1109 / T r us t C o m / B i g D a t a S E . 201 8. 0 0205 .   [ 2]   N i dh i   G a ur ,   A nu  M e hr a ,   a nd   P r a de e K um a r ,   " E nha nc e A E S   A r c hi t e c t ur e   us i ng   E x t e nd e d   S e t   A L U   a t   28nm   F P G A , "   2018  5 t I n t e r nat i o nal   C on f e r e nc e   on  S i gna l   P r oc e s s i n g   and  I n t e gr at e N e t w or k s   ( SP I N ) ,   pp .   43 7 - 440 ,   2018 ,   do i :   10. 110 9/ S P I N . 2018. 8474 090 .   [ 3]   M a d hum i t a   P a nd a ,   e t   al . ,   " P e r f o r m a nc e   E v a l ua t i o o f   S y m m e t r i c   E nc r y pt i o A l go r i t hm s   f o r   I nf o r m a t i o S e c ur i t y , "   I nt e r n at i on al   J ou r na l   of   A dv a nc e R e s e ar c T r e nds   i E n gi ne e r i ng  an T e c h nol ogy   ( I J A R T E T ) ,   v o l .   no .   11 ,     pp.   37 - 41 ,   201 7.   [ 4]   F l e v i n a   J o ne s e   D s o uz a ,   a n D a k s ha t a   P a nc ha l ,   " D e s i g a nd  I m pl e m e nt a t i o o f   A E S   us i ng   H y br i A ppr o a c h, "   2018   I nt e r n at i on al   C o nf e r e nc e   on   P ow e r   E ne r gy ,   E nv i r onm e n t   an d   I n t e l l i ge nt   C o nt r o l   ( P E E I C ) ,   p p.   517 - 521 ,   2 018   do i :   10. 1109 / P E E I C . 201 8. 8 6655 86 .   [ 5]   S ubhi   R .   M .   Z e e ba r e e ,   e t   a l . ,   " D E S   e nc r y pt i o a nd  de c r y pt i o a l g o r i t hm   i m p l e m e nt a t i o b a s e o n   F P G A , "   I ndo ne s i an   J ou r na l   o f   E l e c t r i c a l   E n gi ne e r i n g   and   C om pu t e r   Sc i e nc e ,   v o l .   18 ,   no .   2,   p p.   774 - 781 ,   2 020   do i :   10. 1159 1/ i j e e c s . v 18. i 2. pp77 4 - 781 .   [ 6]   M a n h - H i e p   D a o ,   V a n - P huc   H o a ng ,   V a n - L a D a o ,   a n d   X ua n - T u   T r a n,   " A E ne r gy   E f f i c i e nt   A E S   E nc r y pt i o C o r e   f o r   H a r dw a r e   S e c ur i t y   I m pl e m e nt a t i o i I o T   S y s t e m s , "   20 18  I n t e r nat i ona l   C on f e r e nc e   on   A dv anc e d   T e c hno l og i e s   f or   C om m un i c at i on s   ( A T C ) ,   pp .   301 - 30 4,   20 18 ,   do i :   10 . 110 9/ A T C . 2018 . 858 7500 .   [ 7]   A dna I br a he m   S a l i h ,   A s hw a q   A l a ba i c hi ,   a nd  A m m a r   Y a s e e n   T ua m a ,   " E nh a nc i ng   a dv a nc e   e nc r y pt i o s t a nd a r s e c ur i t y   ba s e d   o d ua l   dy na m i c   X O R   t a b l e   a nd   m i xc o l um ns   t r a ns f o r m a t i o n, "   I ndo ne s i an   J ou r na l   of   E l e c t r i c al   E ngi ne e r i n g   an d   C om pu t e r   Sc i e nc e   ( I J E E C S) ,   v o l .   1 9,   no 3 ,   pp .   1 574 - 1581 ,   2 020 ,   do i :   10 . 115 91/ i j e e c s . v 19. i 3 . pp   1574   - 1581 .   [ 8]   A r c ha na   M i s hr a   a n d   S a u r a b h   S ha r m a ,   " D e s i g a nd   I m pl e m e n t a t i o n   o f   H i g h   S pe e d   A E S   A l g o r i t hm   f o r   D a t a   S e c ur i t y ,"  I nt e r n at i on al   j our nal   o f   e ng i ne e r i ng   s c i e nc e s   &   r e s e ar c h   t e c hn ol o g y ,   v o l .   5 ,   no .   8 ,   pp .   325 - 33 7,   20 16.   [ 9]   T o uba l   A bde l m o g hni ,   O u l d   Z m i r l i   M o ha m e d ,   B e ng he r b i a   B i l l e l ,   M a a z o uz   M o ha m e d ,   a nd   L a c he na n i   S i da hm e d " I m pl e m e nt a t i o O f   A e s   C o pr o c e s s o r   F o r   W i r e l e s s   S e n s o r   N e t w o r ks , "   201 I n t e r nat i o nal   C o nf e r e nc e   on   A p pl i e Sm ar t   S y s t e m s   ( I C A S S) ,   pp.   1 - 5 ,   2018 ,   do i :   10. 1 109 / I C A S S . 2018 . 8 65200 6 .   [ 10]   S hr a ddha   M o r e   a nd  R a j e s h   B a n s o de ,   " I m pl e m e nt a t i o o f   A E S   w i t T i m e   C o m pl e xi t y   M e a s u r e m e n t   f o r   V a r i o us   I nput , "     G l ob al   J our n al   o f   C om pu t e r   S c i e nc e   a nd   T e c hno l og y :   E N e t w or k ,   W e &   Se c ur i t y ,   v o l .   15 ,   no .   4 ,   201 5.   [ 11]   H e i d i l y V .   G a m i do ,   e t   a l . ,   " I m pl e m e nt a t i o o f   a   b i t   pe r m ut a t i o n - ba s e d   a dv a nc e e nc r y pt i o s t a nd a r d   f o r   s e c ur i ng   t e x t   a n d   i m a g e   f i l e s , "     I ndo ne s i an   J ou r na l   o f   E l e c t r i c a l   E n gi ne e r i n g   a nd   C om p ut e r   S c i e nc e   ( I J E E C S) ,   v o l .   19,   no .   3 ,   pp.   15 96 - 1601 ,   202 0 ,   do i :   10. 1 159 1/ i j e e c s . v 19 . i 3. p p159 6 - 1601 .   [ 12]   A . A nus ha   a n d   N . S a m ba   M ur t hy ,   " D e s i g a ndA na l y s i s   o f   P a r a l l e l   A E S   E nc r y pt i o a nd   D e c r y pt i o A l go r i t hm   f o r   M ul t i   P r o c e s s o r   A r r a y s , "     I O SR   J our nal   o f   V L S I   a nd   Si gna l   P r oc e s s i ng ,   v o l   5 ,   no .   1,   20 15.   [ 13]   M o ha m e N a bi l ,   A s hr a f   A .   M .   K h a l a f ,   a nd  S a r a   M .   H a s s a n ,   " D e s i g a nd  I m pl e m e n t a t i o o f   P i pe l i ne d   A E S   E nc r y pt i o S y s t e m   us i ng   F P G A , "   I n t e r nat i on al   J our nal   o f   R e c e nt   T e c h no l ogy   a nd   E ng i ne e r i ng   ( I J R T E ) ,   v o l .   8 ,     no .   5 ,   pp.   2 565 - 257 1,   20 20 .   [ 14]   M o ha m e N a bi l ,   A s hr a f   A .   M .   K h a l a f ,   a n S a r a   M .   H a s s a n,   " D e s i g a nd  I m pl e m e nt a t i o o f   pi pe l i n e a nd  p a r a l l e l   A E S   E nc r y pt i o S y s t e m s   U s i ng   F P G A , "   I ndone s i an   J ou r na l   o f   E l e c t r i c al   E ngi ne e r i ng   an d   C om p ut e r   S c i e nc e   ( I J E E C S) ,   v o l .   20 ,   no .   1,   pp .   287 - 29 9,   2 020 ,   do i :   10. 115 91 / i j e e c s . v 20. i 1 . pp2 87 - 299 .   [ 15]   R i t a m bha r a ,   A l ka   G upt a ,   a nd   M a n j i t   J a i s w a l ,   " A e nh a n c e d   A E S   a l g o r i t hm   u s i ng   c a s c a di ng   m e t ho o 400   b i t s   ke y   s i z e   us e i n   e n ha nc i ng   t h e   s a f e t y   of   ne xt   g e ne r a t i o i n t e r ne t   o f   t h i ng s   ( I O T ) , "   2 017     I n t e r na t i ona l   C onf e r e nc e   o C om put i ng ,   C om m un i c a t i on   and   A u t om a t i on   ( I C C C A ) ,   pp .   422 - 427 ,   2017 ,   do i :   :   10. 1 109 / C C A A . 2017. 82 2987 7 .   [ 16]   Z uha r   M u s l i y a na ,   T e u ku   Y u l i a r   A r i f   a nd   R i z a l   M un a di ,   " S e c ur i t y   E nha nc e m e n t   o f   A dv a nc e E nc r y pt i o S t a nd a r ( A E S )   us i ng   T i m e - B a s e d   D y na m i c   K e y   G e ne r a t i o n , "   A R P N   J o ur n al   o f   E ngi ne e r i ng  a nd  A ppl i e Sc i e nc e s ,   v o l .   10 ,   no .   18 ,   pp .   8347 - 83 50,   2 015 .   [ 17]   S a m a r   Z a i ne l de e n1   a nd   A bde l r a hi m   A t e ,   " I m pr ov e   t h e   s e c ur i t y   o f   t r a ns f e r   da t a   f i l e   o n   t he   c l o ud   by   e x e c ut i ng   hy br i d   e nc r y pt i o a l g o r i t hm s , "   I ndone s i an   J o ur n al   o f   E l e c t r i c al   E ng i ne e r i ng   a nd  C om pu t e r   S c i e nc e   ( I J E E C S) ,   vo l .   2 0,     no .   1 ,   pp.   5 21 - 527 ,   2020 ,   do i :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 20 . i 1 . pp 521 - 52 7 .   [ 18]   F e l i c i s i m o   V .   W e nc e s l a o ,   J r . ,   e t   a l . ,   " E nha nc i ng   t h e   P e r f o r m a nc e   o f   t h e   A dv a nc e E nc r y pt i o S t a n da r ( A E S )   A l go r i t hm   U s i ng   M ul t i pl e   S u bs t i t u t i o B o xe s , "   I nt e r na t i ona l   J our n al   o f   C om m u ni c a t i o N e t w or k s   and   I n f o r m at i on   Se c ur i t y   ( I J C N I S) ,   v o l .   1 0,   no .   3,   p p.   49 6 - 501,   2 018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.