I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble  a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.   8 ,   No .   3 No v em b er   201 9 ,   p p . 1 6 9 ~1 7 4   I SS N : 2 0 8 9 - 4864 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 8 . i3 . p p 1 6 9 - 1 7 4          169       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S   5 1 2  bit - SH A3  d es ig n app ro a ch  a nd i m ple m en tatio o n f ield  pro g ra m m a ble ga te  a rray s       S.   Nee li m a 1 ,   R.   B rindh a 2   1 De p a rtme n o f   ECE ,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   A v in a sh il in g a m   in stit u te f o h o m e   sc ien c e   a n d   h ig h e e d u c a ti o n     f o w o m a n ,   In d ia   2 ECE   A v in a sh il in g a m   in stit u te f o h o m e   sc ien c e   a n d   h ig h e e d u c a ti o n   f o w o m a n   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l   7 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Sep   2 5 ,   20 1 9   A cc ep ted   Oct   11 ,   2 0 1 6       In   th is  w o rk ,   th e   a u th o rs  c o n si d e th e   n e w l y   se lec t e d   Ha sh   S e c u re   (S HA - 3 a lg o rit h m   o n   F P G G a te wa y .   Th e   d e sig n   is  lo g ica ll y   o p ti m ize d   f o z o n e   e ff ici e n c y   b y   c o m b in in g   th e   Rh o   ste p a n d   t h e   o n e - p a ss   a lg o rit h m .     L o g ica ll y   re c o rd in g   th e se   t h re e   ste p re g isters   lea d to   u s a g e   1 6 %     o f   th e   lo g ica re so u rc e f o a ll   im p le m e n tatio n s.  T h is  in   tu r n   re d u c e s     th e   late n c y   a n d   in c re a se th e   m a x i m u m   o p e ra ti n g   f re q u e n c y   o f   t h e   p ro jec t.     It  u se o n ly   2 4 0   se c ti o n a n d   h a a   f re q u e n c y   o 3 0 1 . 0 2   M Hz   c o m p a re d     to   th e   d e sig n   re su lt w it h   th e   p r e v io u F P G A   i m p le m e n tatio n   d e sc rib e d   in   S HA 3 - 5 1 2 ,   th e   d e sig n   sh o w s th e   T h ro u g h p u t - P e r - S l ice   (T P S ra ti o   o f   3 0 ,   1 .   K ey w o r d s :   E n cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   FP GA   SH A 3   T P S r atio     Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   S.   Nee li m a ,   Dep ar t m en o f   E C E ,     Facu lt y   o f   E n g i n ee r i n g ,   Av i n as h ili n g a m   i n s tit u te  f o r   h o m s cie n ce   an d   h i g h er   ed u ca t io n   f o r   w o m a n ,   I n d ia .   E m ail:  s ee th ala. n ee li m a k esa v @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     A   h a s h   cr y p to g r ap h ic  f u n c tio n   is   d eter m i n i s tic  p r o ce s s   th at  is   in p u f r o m   ev er y   d ata  b lo ck   th at   y ield s   f i x ed   ( cr y p to g r ap h ic)   v alu e.   T h ese  f ea t u r es  w er o r ig in a ll y   i n tr o d u ce d   to   m ee s p ec if ic  s ec u r i t y   a n d   p r iv ac y   r eq u ir e m e n ts .   Ne w   h a s h   al g o r ith m s   h av b ee n   f o u n d .   P er s is ten f o r   attac k s   s u c h   as  MD 5 ,   R I P E MD ,   SH A - 0 ,   SH A - 1 ,   an d   SH A - 2   [ 1 ] .   T h is   alg o r ith m   w as   d an g er o u s   lo n g - ter m   s ec u r it y   t h a r esu lted   i n   n e cr y p to g r ap h ic  h as h   r eq u e s t.  T h at  is   w h y   th e   Natio n a I n s ti tu te   o f   Stan d ar d s   a n d   T ec h n o lo g y   ( NI ST )     f o r   th e   Kec ca k   alg o r it h m   w a s   an n o u n ce d   in   A p r il  2 0 1 4   as  t h n e w   Sec u r Ha s h   A l g o r ith m   ( SH A - 3 )   i n   2 0 1 2   [ 2 ]   FIP P UB )   2 0 2   [ 3 ] .   FP GA s   ar g r ea t   p latf o r m   f o r   t h u s o f   cr y p to g r ap h ic  al g o r ith m s .   Mo d er n   FP G A s ,   as  w ell  a s   L U T an d   C L B   [ 4 ]   w it h   i n teg r ated   R A MS   an d   DS L   b lo ck s ,   s u p p o r th i m p le m e n tat io n .     T h d if f er en i m p le m e n tatio n   o f   s af h as h   alg o r it h m   ( SH A - 3 )   d escr ib es  FP GA   p latf o r m s   i n   o p en   liter atu r e   [ 5 ] .   Pre v io u s   w o r k   w as   d iv id ed   in to   ca te g o r ies  i n   a n   ar ea   w ith   lo w   a n d   h ig h   n u m b er   o f   r ev o lu t io n s .     T h m a in   c h alle n g w as   to   co m p lete   th p r o j ec w it h   t h m o s ap p r o p r iate  m ea n s   to   b alan ce   t h ar ea   an d   li m it   r estrictio n s .   Up   to   n o w ,   d if f er e n ap p r o ac h es  h a v b ee n   c h o s en   f o r   i m p le m e n ti n g   S HA - 3 ,   d ep en d in g   o n   w h et h er   it   co n ce r n s   s lo w   o r   f a s t p r o j ec ts .   T h is   s ec t io n   d escr i b es th e   i m p le m e n tat io n   o f   th e   Hig h - I n p u t   SH A - FP GA   C D,   w h ic h   o f f er s   m a x i m u m   t h r o u g h p u t a n d   m ax i m u m   u s o f   T P S d ev ices.       2.   SURVE O H ASH   AL G O RIT H M S   Ma n y   p r ev io u s   t y p e s   o f   r esea r ch   o n   t h i m p le m en tatio n   o f   SH A - 3   FP GA  h a s   b ee n   p u b li s h ed   s in ce   2 0 1 2 .   Mo s im p le m e n tatio n   r u les  [ 6 - 8 ]   ar u n p r ec ed en ted   f o r   h i g h   p r o d u ctiv i t y   a n d   litt le  k n o w n   f o r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 : 1 6 9     1 7 4   170   th d esig n   co m p ac [ 9 ] .   I n   ter m s   o f   ar ea ,   th w ea k es h ar d w ar r eso u r ce s   [ 6 ]   o f   th p r o ject  w er d esig n ed ,   co n s is tin g   o f   1 8 8   s ec t io n s   o p er atin g   at  a   f r eq u en c y   o f   2 8 5   MH z,   w h ich   s i g n i f ican tl y   r ed u ce s   t h c u r r en t     b y   r eq u ir in g   clo ck   c y cles  to   p r o d u ce   o u tp u t.  T h o u tp u o f   6 . 0 7   Gb p s   is   r ea d y   f o r   u s w it h   clo ck   f r eq u en c y   o f   1 4 3   MH [ 7 ] .   T h d esig n   r eq u ir es  2 5   clo ck s   a n d   2 0 2 4   tu n in g   s ec tio n s   a n d   b r in g s   T P b ac k   t o   2 . 9 9 .     T h d esig n   u s ed   o n   Vir te x - 5   w o r k s   w it h   t h m a x i m u m   f r eq u en c y   o f   2 3 8 . 4   an d   n ee d s   2 4   cy cles   [ 8 ] .   T h r esu l t   is   d esig n ed   f o r   1 , 0 8 0 5   Gb p s   th an k s   to   th e x ten s i v u s e   o f   1 2 2 9   s ec tio n s T h at  is   w h y   t h GST   v alu e     is   0 . 8 7 9 ,   w h ic h   is   v er y   lo w .   T h s tr ictl y   p u b lis h e d   u s o f   SH A - 3   ( Kec ca k )   in   [ 9 ]   r ep o r ted     th r es u lts   o f   SH A - 3   f o r   Vir te x - 6   a n d   Sp ar tan - 6   FP GA .   T h e y   s h o w   th i m p le m en tatio n   r e s u lt s   f o r   2 5 6 - b it   an d   5 1 2 - b it  s ales.  Ho w e v er ,   co n s id er   th i m p le m e n tatio n   o f   SH A - 3   Vir te x - 6   f o r   5 1 2 - b it  d ig esti o n ,     w it h   f r eq u e n c y   o f   2 8 5   MH an d   a   v o l u m o f   0 . 0 8   Gb p s ,   w h ic h   i s   m u ch   les s   th a n   th e   r esu lt s   o f   t h e   p r esen t   p ap er .   T h ap p licatio n   w a s   in s id G.   P r o v elen g io s   et  al.   [ 1 0 ]   Vir tex - 5   o p er ates  w it h   m a x i m u m   o f   2 8 5   MH an d   lar g e   s u r f ac e   ar ea   o f   2 5 7 3   d is k s .   T h d esi g n   r eq u ir es  2 5   clo ck   c y cles   an d   h i g h   th r o u g h p u o f   5 . 7 0   Gb p s ,   b u ASP   is   2 . 2 1 ,   w h ic h   is   v er y   lo w   d u to   t h co n s u m p t io n   o f   lar g ar ea .   G iv es  t h r es u lt s   o f   i m p le m en t in g   Kec ca k   5 1 2   d r a w i n g s   i m p le m e n ted   in   Vir te x - 5   t i m e s   b etter   t h an   6 . 3 2   Gb p s   s k etc h   s k etc h es   d u to   s h o r ter   clo ck   c y cle s   [ 1 1 ] .   T h is   d esig n   co n s is ted   o f   1 1 9 7   p lates  an d   T P p r o j ec 5 . 2 7 .   E . Ho m .   et  al .   T r an s f er   f r o m   6 . 5 6   Gb p s   to   Vir tex - 5   an d   t h co r r esp o n d in g   T OS  5 . 3 7   [ 1 2 ] .   P r ev io u s l y   r ep o r ted   p r o j ec ts   d o   n o o f f er   an   e f f ec tiv r eso u r ce   s o lu tio n   b ec au s e   th ese  d esig n s   u s m an y   s lid es  t h at  ca n     b ef f ec ti v el y   r ed u ce d .   T h ese  p r o j ec ts   h av v er y   lo w   T P S a n d   m u s t b i m p r o v ed .       3.   DE T AI L   ANA L YS I S O F   K E CCAK   Kecca k   h as   b ee n   id en ti f ied   a s   n e w   al g o r ith m   f r o m   3   to   SH A - 3   [ 3 ]   an n o u n ce d   b y   NI ST .   Gilles   Va n   Ass c h e,   B er to n G u id o ,   J o an   Dae m e n   Mic h ae l   P ee ter s   ar w o r k ed   f o r   d ev elo p m e n o f   h as h   f u n ctio n   Kec ca k .   Kec ca k - is   b asic  co m p o n en o f   s tan d ar d   Kec ca k   h ash   co m p o n e n t s   an d   s u p p o r ts   h as h   v ar iab le  o n   2 2 4   b its ,   2 5 6   b its ,   3 8 4   b its   a n d   5 1 2   b its .   I c o n s is t s   o f   r o u n d   n u m b er   an d   ea ch   r o u n d   is   c o m b i n atio n     o f   lo g ical   o p er atio n s   a n d   p er m u tatio n s .   T h er r o r   is   ca u s e d   b y   f u n g al  f u n ctio n   w i th   m e m b er s   o f   Kec ca k     [ r ,   c] .   T h i s   is   cla s s i f ied   ac co r d in g   to   t h is   ex tr f u n ctio n ,   s u ch   as   i n ter est  ( s )   an d   ca p ac it y   ( c) .   T h f u n ctio n     o f   th ad d itiv p er m u tat io n   s + C   to   Kec ca k   an d   is   li m ited   to   th v al u in d icate d   b y   2 5 ,   5 0 ,   1 0 0 ,   2 0 0 ,   4 0 0 ,   8 0 0 ,   1 6 0 0 .   T im   Kec ca k   m o d [ 1 6 0 0 ]   in tr o d u ce s   t h SH A - 3   p r o p o s itio n s   w it h   v al u es  o th er   th an   'R '   an d   'C ' .     [ 1 6 0 0 ]   w as c h o s e n   to   i n cr ea s e   th n u m b er   o f   c y c les to   p r o v i d b etter   s af et y   m ar g in .   Fo r   h as h   v al u o f   2 5 6   b its = 1 0 8 8   r c = 5 1 2 .   Fo r   th 5 1 2 - b it  h as h   o u tp u t,  th v al u es  o f   R   an d   C ,   r esp ec tiv el y   5 7 6   a n d   1 0 2 4 .   T h g r o u n d   m atr i x   co m p r is es  1 6 0 0   b its   o f   b r ig h t n es s   o f   6 4   b its   o f   m a tr ix   5 x 5   w o r d s .   I n itiall y ,   th b lo ck in g   m es s a g es   m u s g o   th r o u g h   a n   in v er s io n   p r o ce d u r e,   s o   th is   ac tio n   is   th last   to   co m f ir s an d   t h f ir s ac tio n   m u s t     b th last .   E ac h   o f   t h e   Kec ca k   co m p r es s io n   f u n ctio n s   co n s is ts   o f   2 4   tu r n s   an d   w h ic h   in   t u r n   is   d iv id ed   i n to   f i v p h ase s ,   n a m el y   T h eta  ( Θ ) ,   r h o   ( ρ )   an d   P i ( π) ,   C h i ( χ)   I o t ( i)   d escr ib es th b o tto m   o f   t h p ag e     3 . 1 .     T het a   ( Θ )   T h T h eta  f u n ctio n   co n s i s ts   o f   t h r ee   eq u atio n s   w it h   s i m p le  XOR   m o v e m e n ts   a n d   b it   tr an s f er s .     T h XOR   o p er atio n   r ef er s   to   r o w s   ( s et   o f   6 4   b its   a lo n g   x   an d   at   co n s ta n co o r d in ates)   f o r   ea ch   s et   o f   f iv e   o u tp u t r o w   m atr ice s .       ( 1 )     I n itiall y ,   th lef p a th   is   u s ed   f o r   f iv o f   t h ese  o u tp u lin es,  w it h   t h last   lin i n   th f ir s an d   s ec o n d   lin b ei n g   t h la s li n e   o f   ( 2 ) .   Af ter   m o v in g ,   s o   th a t h f ir s t   p ath   to   th e   last   n u m b er   an d   t h o t h er   in   t h f ir s t   tr ac k ,   th e n   th ch a n g in   w h ic h   cir cu lar   v ar iatio n   t o   th le f is   ap p lied   at  least  o n   ea ch   tr a ck   o f   th tr ac k   w a s   to   m a k t h p o s itio n   b in ar y   f r o m   cir cu lar   li n o n   th e   r ig h t,   ( 3 )   T h o n l y   XOR   co n t en d o es  n o m atc h     th in p u t - i n p u m atr ix   a n d   th o u tp u t p ath   o b tain ed   f r o m   ( 2 ) .       ( 2)       ( 3 )     3 . 2 .     Rho   ( p)   a nd   P i ( π )   T h f ir s t w o   p h ases   R h o   ( ρ )   an d   p ( π)   ca n   b ca lcu lat ed   a s   ( 4 ) ,   in   w h ich   n u m b er   o f   5 x e m er g e n c y   s er v ice s   f o r   th co m p o s itio n   o f   th s ta te  'A'   i s   ca lcu lated .   Giv e n   t h o p er atio n   R h o   ( ρ )   an d   P ( π)   an d   all  2 5   tr ac k s ,   o r g a n izati o n   " A " ,   co n n ec ted   to   th c ir cle,   w a s   n u m b er   o f   f i x ed   v alu e s   i n   r esp o n s e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       5 1 2   b it -   S HA 3   d esig n   a p p r o a c h   a n d   imp leme n ta tio n   o n   field   p r o g r a mma b le…   ( S.   N ee lima )   171   to   th " x "   co o r d in ates  an d   r o tatin g   " Y" ,   R   [ x ,   y ]   en ter s   t h tab le  in   [ 3 ]   ( th s tep   is   also   c alled   ( ρ ) )   an d   th en   f o llo w s   t h tr ac k s   w it h   d if f e r en s etti n g s   o f   th n e w   s er i es  B   ( ca lled   s tep   P í  ( π) ) .   N o te  th at  all  i n d ex e s     in   m o d u le  5   ar ac ce p ted .       ( 4 )     3 . 3 .     Chi ( X )   ph a s e   T h C h ( X )   p h ase  is   d r iv e n ,   i . e.   6 4 - b it  w o r d   an d   m an ip u l ates  th e   co m p o s itio n   B   o b tain ed   in   s tep   R h o   ( ρ )   a n d   P ( π) ,   an d   p lace s   its el f   i n   m a n y   s tate s   A   ca n   b s aid   to   h av e   th p h ase  ( x )   is   f o r   th p at h   ac ce s s   to   th e   p lace   [ x ,   y ]   an d   t h e   lo g ical   p ath   XO R   to   th e   a d d r ess   [ x +1 ,   y ]   an d   th e   s i te   n u m b er   [ x + 2 ,   e] .     T h f o llo w i n g   eq u atio n   d escr i b es th f u n ctio n   o f   C h i ( x ) .       ( 5 )     3 . 4 .     I o t a   ( i )   ph a s e   Step   i   is   th e   s i m p lest   s tep   o f   K ec ca k 's  al g o r ith m .   I o n l y   c h an g es   XO R   f o r   co n s tan 6 4 - b i t   o p er atio n   d ef in ed   in   [ 3 ]   w it h   r o w   o f   th m atr i x   [ 0 , 0 ]   o f   th n e w   s tate  " A " .   T h o p e r atio n   o f   h a s h   m o d o f   K ec ca k   at  th r ee   d if f er en lev e ls ,   in itia lizatio n ,   i s   th f ir s to   b ab s o r b ed   an d   f in all y   p r in t ed   as  in   F ig u r 1 .   T h KE C C A o f f s e ts   C y clic  s h i f t s   o f   R ( X,Y s h o w n   i n   T ab le  1 .       ( 6 )       T ab le  1 .   T h KE C C A o f f s e t s   c y clic  s h i f t s   o f   R ( X,Y )     X = 3   X = 4   X = 0   X = 1   X = 2   Y = 2   25   39   10   10   43   Y = 1   55   20   36   44   6   Y = 0   28   27   0   1   62   Y = 4   56   14   18   2   61   Y = 3   21   8   41   45   15           Fig u r 1 .   T h Sp o n g f u n ctio n       E ac h   m atr i x   i s   s tar ted   w it h   t h s tat u s   'A'   to   ze r o .   I n   p h ase  2 ,   an   ab s o r p tio n   p h ase,   w id t h   c ir cu latio n ,     f i n el y   p ac k ag ed   m es s ag b lo ck s   o f   th s tate  m atr i x ,   m ad w i th   2 4   r o u n d s   o f   t h is   Ke cc ak   p er m u tatio n   in   s u cc e s s io n .   I f   t h f ir s m ess a g b lo ck s   ar cr ea ted ,   if   t h i n p u b lo c k   co m es  in   th at   o r d er .     Fin all y ,   at  t h b lack m ail  s ta g e,   th tr u n ca ted   le n g t h   o f   t h h a s h o u p it  ca n   b r ea ch ed   an d   o th er   p ar ts     o f   th e   ar r a y   ca n   r ea ch   t h c u r r en h a s h   s it u atio n   o f   th d e s i r ed   len g t h .   I f   ( b it  r ate)   o f   t h h as h   v alu e   is   m o r n ec es s ar y   th a n   E   b it,  th ex tr p er m u tat io n s   Kec ca k   ca n   b ac tiv an d   w ait  f o r   f u r th er   r esu lts   to   r ea ch     th d esire d   len g th   to   t h h a s h   v alu w id t h .       4.   I M P L E M E NT AT I O O F   S H A - 5 1 2   O F P G A   I n   th i s   w o r k ,   w p r esen SHA - 3512 - b it  e - m ail  f o r   th co m p ac ap p licatio n ,   as  s h o w n   i n   Fi g u r 2 .   T h ar ch itectu r is   1 2 8 - b it  i n p u d ata  in p u t h at  in cl u d es  a n   ex tr in p u b it.  T h n ex b lo ck   in   th p r o p o s ed   co n s tr u ct io n   o f   f ill   b lo ck s   is   t o   p r o v id th e   r eq u ir ed   n u m b e r   o f   ze r o s   i n   t h b it   d ata  f o r m atio n   i n   1 6 0 0   d ata   an d   th e n   i n v er th e   o p er atio n   f o r   ea ch   m ea s u r e m en t.  T h o u tp u o f   t h b lo ck   to   t h ad d er   2 x 1   m u l tip lex er   ( MU X) ,   th co m p r es s io n   o f   t h ar ch itect u r o f   o u tp u t d ata  f o u lar d   Feld   r ea d er s   an d   s el ec ti o n   o f   i n p u t   d ata  f o r   th f ir s t   s et  o f   d ata  a n d   f ee d b ac k   t w en t y - t h r ee   o th er   to w er s .   T h f il m   t h at   u s e s   t h co n tr o l     o f   th s i g n al  ( C tr l 1 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 : 1 6 9     1 7 4   172       Fig u r 2 .   Seq u en tia l a r ch itect u r f o r   1 2 8   b it Ke cc ak       W h en   C tr 1   is   lo w ,   MU X   s elec ts   th d ata  en tr y   an d   h ig h ,   MU s elec t s   th r e tu r n   d ata.     First,  t h p ad d ed   m e s s a g i s   c o p ied   d ir ec tly   to   R e g   A ,   w h ic h   h as   alr ea d y   b ee n   i n itialized   to   ze r o   an d   t h b it     is   lead in g   to   th C o m p r es s io n   B o x   ( C - B o x )   tea m .   T h is   i s   es s e n tiall y   t h ex ec u tio n   o f   th co m p r es s io n   f u n ctio n   o f   SH A - 3   al g o r ith m ,   co m p r is i n g   t h s tep s   o f   th eta  ( Θ) ,   r h o   ( ρ ) ,   p ( π) ,   c h ( χ)   an d   io ta  ( i) .     Fo r   ex ec u tio n s ,   w lo g icall y   p r ef er   to   ac h iev o u r   d esig n   b y   ap p l y i n g   th s tep s   r h o   ( ρ ) ,   p ( π)   an d   ch ( χ)     in   o n s tep .   As  r esu l t,  th er ar s av i n g s   i n   m a t er ial  r eso u r ce s   in   t h f o r m   o f   4 8   tr an c h es.     Af ter   2 4   r ep etitio n s ,   th las o u tp u is   p as s ed   to   R eg   B   f o r   s to r ag to   s y n c h r o n iz th d ata  r o u te.     T h last   co m p o n e n o f   t h ar ch itect u r is   th i n ter co n n ec t ed   co m p o n e n if   t h m ea s u r e m en is   in v er s to     th o u tp u t b it a n d   th e n   tr u n ca t ed   ac co r d in g   to   th r eq u ir ed   h ash   le n g th .     4 . 1 .             I m ple m ent a t io n o f   t he  co m pre s s ed  bo x   4 . 1 . 1 .     T het a - s t ep  ( Θ )   T h th eta - s tep   co n s is t s   o f   th r ee   m ai n   s tep s   in   th e   f o r m   o f   co m p ar is o n s   w h er X OR   m u s w o r k   m ai n l y   o n   b it s .   T h XOR  ( 1 )   o cc u p ies  b et w ee n   t h 6 4 - b it  p ath   in   ea ch   r o w   f o r   ea ch   tr ac k   o f   ea ch   li n e,   d ep en d in g   o n   th o t h er ,   s o   th a t p ar allel  p r o ce s s in g   o n   t h tr ac k   ca n   b ap p lied .   W u s ed   th XOR 6 4 - b it XO R   p ar allel  o p er at o r   b etw ee n   t h e   tr ad itio n al  in   ev er y   f i v e - tr ac k   p ar a m eter   to   r ea ch   s tatu s   " A "   an d   th r esu l t     is   s to r ed   in   th i n ter m ed iate  r eg is ter .   T h p ar allel  XOR  o p er atio n   ab o v m ak e s   o u r   d esi g n s   f a s ter   an d   m o r e   ef f icien t.  Step   ( 2 )   a   h ea v ier   r o tatio n al  f r a m w it h   r o tatin g   s in g le  b it  th at  ac co m p a n ies  s i m p le  r ec o n n ec tio n   o r   r ep lace m e n o f   t h s m al p atter n   o f   ea c h   li n e,   an d   t h e n   XOR  p r ev io u s   d r ain   p at h s .   T h r es u lts   ar s to r ed     in   a n   i n ter i m   p r o g r a m   i n   t h f o r m   o f   f iv e   co u r s e s .   R et u r n   t h li n i n   XO R   to   t h s tate   m atr ix   i n p u [ x ,   y ]     to   r esh a p an   ar r a y   o f   5   x   5   s ta tes  A   [ x ,   y ] .   E ac h   o p er atio n   is   p er f o r m ed   o n   m o d u le  5 .     4 . 1 . 2 .     I nte g ra t ed  Rho   ( ρ ) ,   P i   ( π )   a nd   chi ( χ )   R eq u ir es  R h o   p r in cip le  an d   p p er m u tatio n   an d   ea c h   p ath   u s ed   to   m a k c y c li v ar iatio n     o f   n u m b er   b y   t h c y c lical  s h if o f   f ix ed   o f f s e in   SH A   - 3   F I P P U B   2 0 2   I f   th is   p h a s is   ap p lied   s ep ar ately ,     w h av 4 8   ex tr la y er s   f o r   P R h o   a n d   ex p lo itatio n   to   s to r th d is k ,   w d o   n o h a v to   cr ea te  lo g ical  s tep s   w it h   C h R h o   an d   P to   m ak o u r   d es ig n s .   W h av all  t h n ec es s ar y   ca lcu latio n s   f o r   th R h o   an d   Han d   p h ases   a n d   w h a v s et   u p   t h e   cir cu lar   c h an g e   o n   ea ch   s tat u s   m a tr ix   p at h   o b tain ed   w i th   th eta - s tep   o u tp u t   an d   m o v it  a f ter   ca lcu lati n g   its   n e w   p o s it io n   ac co r d in g   to   ( 4 ) .   Fo r   ex a m p le,   f o r   X = 1 ,   an d   Y = 2 ,   ( 4 )   ca n     b w r itte n   as   :       ( 7 )       T h v alu e   o f   r   ( 1 , 2 )   is   1 0   co r r esp o n d in g   to   t h c y clic  d i s p lace m en t o f f s et  tab le  i n   FIP S P UB   2 0 2   an d   all  o p er atio n s   ar m o d u lo   5 ,   th er ef o r ( 7 )   is   co n v er ted   to   ( 8 ) .       ( 8 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   I SS N:  2089 - 4864       5 1 2   b it -   S HA 3   d esig n   a p p r o a c h   a n d   imp leme n ta tio n   o n   field   p r o g r a mma b le…   ( S.   N ee lima )   173     I n   th is   w a y ,   w h av ca lc u la ted   f o r   all  p o s s ib le  co m b i n ati o n s   o f   s tate  m atr ices  an d   p lace d   th ese   v alu e s   d ir ec tl y   o n   ( 5 )   ch i - s tep s .   Fo r   X = 1   an d   Y = 3 ,   ( 5 )   ca n   b d is p la y ed   as sh o w n   b y   ( 9 ) .       ( 9 )       ( 1 0 )       W h av d o n all  c y clica r o tatio n s   m a n u all y   an d   p lace d   th r esu lt  o n   ( 1 0 )   an d   t h en   ap p lied     to   th e   XOR,   NOT   an d   AND   o p er atio n s .   T h ab o v lo g ic al  o p ti m izatio n   tec h n iq u e s   all o w   u s   to   m i n i m ize   r eso u r ce s   b y   1 6 %,  r esu lti n g   i n   b etter   p er f o r m a n ce   o f   o u r   d esig n s .   T h d iag r a m   v ie w   o f   th in te g r ated   R h o ,     P an d   C h s tep s   i s   s h o w n   i n   Fi g u r 3 .   T h is   s h o w s   t h i m p le m en ta tio n   o f   i n te g r ated   r h o ,   p an d   ch i   s tep s ,     it  is   ea s y   to   s ee   t h at  th e   R h o   a n d   P p er m u tatio n s   a r d ir ec tl y   ap p lied   d u r i n g   t h i m p le m en ta tio n     o f   th C h s tep   w ith   s i m p le  w i r in g .           F ig u r 3 .   I n teg r atio n   o f   R h o ,   p ie,   ch i       4 . 1 . 3 .     I o t a   ( i)     I n   th I o ta  ( i)   s tep   w u s ed   co n v e n tio n al  XOR  6 4 - b it   o p er ato r   t o   p er f o r m   XO R i n g   b et w ee n     th lea s s i g n i f ica n t   6 4 - b it  s ta tu s   ar r a y   a n d   t h co n s ta n R C .   T h r o tatio n   co n s tan i s   f i x e d   an d   d if f er e n f o r   ea ch   r o u n d .   T h is   r o tatio n   co n s tan t is  s t o r ed   in   th r eg is ter .     4 . 2 .           Si m u la t io n a nd   co m p a riso n o f   re s ults   T h p r o j ec ts   h av e   b ee n   i m p le m en ted   an d   v er i f ied   o n   I SI  Xi lin x   De s ig n   S u ite,   S y s te m   E d i tio n   1 4 . 6 .   T h o v er all  i m p le m e n tat io n   was  d esig n ed   an d   e x ec u ted   o n   Xir tex   Vir te x   5   ( x c5 v l x 3 3 0 t - 2 f f 1 7 3 8 ) .   E ac h   p h ase  o f   SH A - 3   is   i m p le m e n ted   a s   m o d u le.   T h ese  m o d u les   ar in cl u d ed   in   t h m ai n   c o d o f   o u r   p r o j ec t     to   ex a m i n t h r es u lts   in   d etail .   T h o u tp u t o u tp u t s   an d   d esi g n   p er f o r m a n ce   v er i f ied   b y   S H A - 3   in   th P u b   2 0 2   [ 3 ]   s tate  d ef in th p r ed ef i n ed   tes v ec to r s   d ef i n ed   f o r   test in g   a n d   v alid ati n g   t h E q   o f   SH A - 3   o u tp u t   s tan d ar d s .   T ab le  2   s h o w s   t h r esu lts   o f   t h i m p le m e n tat io n   o f   th 3 - S H A   h as h   co r in   ter m s   o f   ar ea ,   f r eq u en c y ,   f lo w   r ate   ( T P )   an d   zo n cir cu m f er en ce   ( A SP )   in   t h f o r m   o f   r ed u ct io n s .   T h eir   o p er atin g   f r eq u e n c y   is   th e   h i g h est r ea c h ed   3 0 1 . 0 2   MH w h ic h   h as a n   o u tp u t o f   7 . 2 2 4   Gb it/ s   o f   2 4 0   C L B   ( 1 %)  an d   2 4   clo ck   c y cle s   r eq u ir ed   to   ac h iev th f i n al  h ash   v alu e.   W co m p ar ed   th r ec o m m e n d ed   d esig n   r es u lts   w it h   a   p r ev io u s   S H A - 3   FP G A   h ar d w ar d esig n   i n     th o p en   liter at u r i n   ter m s   o f   ar ea ,   f r eq u e n c y ,   p r o ce s s in g   ca p ac it y   ( T P )   an d   d is f ee d th r o u g h   ( T P S)    in   T ab le  2 .   Ou r   m ain   g o al:  u s in g   m i n i m al  f lo o r in g   i n   o u r   d esig n   w it h   T P   w as  e n o u g h   to   g et  t h b est  GST .   T h er is   al w a y s   an   e x ch a n g b et w ee n   th u s o f   t h ar ea   an d   T P ,   s o   w h a v m ad an o t h er   T P p ar am eter   to   ev alu a te  t h e   ef f ec ti v e n es s   o f   th e   p r o j ec ts .   T h d esig n   i s   d escr ib ed   in   S.  Ker c k h o f   e al.   T h m i n i m u m   n u m b er   o f   ter r ito r ial  s o u r ce s   a n d   th e   n u m b er   o f   c y cle s   o f   2 1 5 4   h o u r s   u s e s   t h f i n al  h as h   v alu e,   m ak in g   i les s   T P   th an   o th er   p r o j ec ts   [ 6 ] .   Mo r eo v er ,   th is   d esi g n   is   T P S . 4 2 5 ,   w h ic h   is   i n f er io r   to   th o t h er   r esu lt s   in   th tab le   [ 7 ] .   B etter   th an   p r ev io u s   p r o jects,  b u th m ater ia r eso u r ce s   ar m u c h   lar g er   [ 8 ] .   T h G ST   o f   th ese  d esig n s     is   2 . 9 9   an d   0 . 8 7 9   r esp ec tiv el y ,   w h ic h   i s   v er y   lo w   co m p ar ed   to   o u r   d esig n   [ 1 1 ] .   S h o w s   t h b est  T P o f   5 . 2 7   an d   5 . 3 7 ,   w h ic h   i s   s ti ll  lo w   co m p ar ed   to   o u r   clo s u r p r o ject  b ec au s t h ese  p r o j ec ts   u s m a n y   d i s k s   [ 1 2 ] .   T h ab o v co m p ar is o n   s h o w s   th at  o u r   d es ig n   i s   b etter   t h an   p r ev io u s   FP G A   i m p le m e n tatio n s   f o r   T P   an d   A SP   b ec au s o u r   d esig n   o f f er s   t h b est ASP   o f   3 0 . 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   20 89 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t   Vo l.  8 ,   No .   3 No v em b er   2019 : 1 6 9     1 7 4   174   T ab le  2 .   R esu lts   co m p ar i s o n   w it h   Kec ca k - 5 1 2   m o d el   I mp l e me n t a t i o n   D e v i c e s   A r e a   F r e q u e n c y   ( M H z )   T P   ( G b p s)   T P S   O u r   D e si g n   V i r t e x - 5   2 4 0   3 0 1 . 0 2   7 . 2 2 4   3 0 . 1   S .   K e r c k h o f   e t   a l .   V6   1 8 8   2 8 5   0 . 0 8   0 . 4 2 5   A .   A k i n   e t   a l .   V4   2 0 2 4   1 4 3   6 . 0 7   2 . 9 9   K r i G a j   e t   a l .   V5   1 2 2 9   2 3 8 . 4   1 . 0 8 0 5   0 . 8 7 9   G .   P r o v e l e n g i o s   V5   2 5 7 3   2 8 5   5 . 7 0   2 . 2 1   K .   L a t i f   e t   a l .   V5   1 1 9 7   2 6 3 . 1 6   6 . 3 2   5 . 2 7   E.   H o m.  e t   a l .   V5   1 2 2 0   -   6 . 5 6   5 . 3 7       5.   CO NCLU SI O N   I n   th is   w o r k ,   w e   w ill  p r ese n t h SH A 3 - 5 1 2   h ar d w ar e   ed itin g   p r o j ec t.  W h av m ai n tai n ed     zo n e - to - f lo w   n eg o tia tio n s ,   w i th   o u r   d esig n   s h o w i n g   t h b est  p o s s ib le  r esu lt s   in   ter m s   o f   ti m an d   ti m e   co m p ar ed   to   p r ev io u s l y   r ep o r ted   r esu lts .   Ou r   lo g ical  o p ti m izatio n   co m b in e s   th t h r ee   tr an s f o r m a tio n s ,     r h o ,   p ie  an d   ch tr an s f o r m atio n   s t u d ies  t h p ar allel  m a x i m u m   in   al g o r ith m s .   T h is   r ef o r m   is   u s u all y   r ed u ce d     b y   t h to tal  L A T AR ,   w h ic h   s i g n i f ica n tl y   i m p r o v es t h p er f o r m an ce   o f   t h s y s te m .       RE F E R E NC E S     [1 ]   X .   W a n g ,   D.  F e n g ,   X .   Lai,   a n d   H.  Yu ,   Co ll isio n f o h a sh   f u n c ti o n m d 4 ,   m d 5 ,   h a v a l - 1 2 8   a n d   rip e m d ,     IA CR,  A u g u st 2 0 0 4 .   [2 ]   Na ti o n a In st it u te  o f   S tan d a r d s an d   T e c h n o lo g y   (n ist),   Cry p to g ra p h ic h a sh   a lg o ri th m   c o m p e ti ti o n ,   2 0 0 7 .   [3 ]   F I P S - 2 0 2 ,   F e d e ra i n f o rm a ti o n   p ro c e ss i n g   sta n d a rd s p u b li c a ti o n   f ip s -   2 0 2 ,   se c u re   h a sh   a lg o rit h m - 3   (sh a - 3 ),   2 0 1 4 .   [4 ]   X il i n x ,   Virtex   2 . 5   V f ield   p r o g ra m m a b le g a te arr a y s .   [5 ]   F . R.   He n rq u e z ,   A . D.  P re z ,   N.A .   S a q ib ,   a n d   C. K.  Ko c ,   Cry p to g ra p h ic  A lg o rit h m o n   Re c o n f ig u r a b le  Ha rd w a r e .   S ig n a ls  a n d   C o m m u n ica ti o n   T e c h n o l o g y ,   S p rin g e r,   2 0 0 7 .   [6 ]   S .   Ke rc k h o f ,   F .   Du rv a u x ,   N.V .   Ch a rv il lo n ,   F .   Re g a z z o n i,   G . M .   d e   Do rm a le,  a n d   F . X .   S tan d a e rt,   c o m p a c F P GA   im p le m e n tatio n s o f   th e   f iv e   sh a - 3   f in a li sts,”   S p rin g e Be rli n   He id e l b e rg ,   v o l.   7 0 7 9 ,   p p .   2 1 7 2 3 3 ,   2 0 1 1 .   [7 ]   Ak in ,   A .   Ay su ,   O.C.   Ul u se l,   E.   S a v a s,  Eff i c ien h a rd w a re   im p le m e n tatio n o f   h ig h   t h ro u g h p u s h a - 3   c a n d id a tes   k e c c a k ,   lu ff a   a n d   b lu e   m id   n ig h t   w ish   f o sin g le -   a n d   m u lt i - m e ss a g e   h a sh in g ,   A CM ,   p p .   1 6 8 1 7 7 ,   2 0 1 0 .   [8 ]   K.  Ga j,   E.   Ho m sir ik a m o l,   a n d   M .   Ro g a w s k i,   Co m p re h e n siv e   c o m p a riso n   o f   h a rd w a re   p e r f o r m a n c e   o f o u rtee n   ro u n d   2   sh a - 3   c a n d i d a tes   w it h   5 1 2 - b it   o u tp u ts  u si n g   f ield   p ro g ra m m a b le  g a t e   a rra y s,”  2 n d   S HA - Ca n d i d a t e   Co n fer e n c e ,   p p   2 3 - 2 4 ,   A u g u st 2 0 1 0 .   [9 ]   B.   Ba ld w in ,   N.  Ha n ley ,   M .   Ha m il to n ,   L .   L u ,   A .   By rn e ,   M .   ON e il l,   a n d   W . P .   M a rn a n e ,   F P G A   i m p le m e n tatio n s     o f   th e   ro u n d   tw o   sh a - 3   c a n d id a tes ,   T h e   se c o n d   S HA - 3   Ca n d i d a te  Co n f e re n c e ,   2 0 1 0 .   [1 0 ]   G .   P ro v e len g io s,  P .   Kitso s,  N.  S k lav o s,  a n d   C.   Ko u lam a s,  F P G A - b a se d   d e si g n   a p p ro a c h e o f   k e c c a k   h a sh   f u n c ti o n ,   1 5 t h   E u ro mic ro   C o n fer e n c e p p .   6 4 8 6 5 3 ,   2 0 1 2 .   [1 1 ]   K.  L a ti f ,   M . M .   Ra o ,   A .   A z iz,  a n d   A .   M a h b o o b ,   e f f ici e n h a rd w a re   im p le m e n tatio n a n d   h a rd w a re   p e rf o r m a n c e   e v a lu a ti o n   o f   sh a - 3   f in a li sts,”   i n   P ro c e e d in g   o f   3 rd   S HA - Ca n d id a te Co n fer e n c e ,   m a rc h   2 0 1 2 .   [1 2 ]   E.   Ho m sirik a m o l,   M .   Ro g a w s k i,   a n d   K.  G a j,   c o m p a rin g   h a rd w a r e   p e rf o r m a n c e   o f   ro u n d   3   sh a - 3   c a n d id a tes   u si n g   m u lt ip le  h a rd w a re   a rc h it e c tu re in   x il in x   a n d   a lt e ra   f p g a s,”  ECRYP T   II  Ha sh   W o rk sh o p ,     p p .   1 1 5 ,   1 9 - 2 0   M a y   2 0 1 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.