I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   5 Octo b er   202 1 ,   p p .   4 2 2 1 ~ 423 2   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijece . v 11 i 5 . pp 4 2 2 1 - 423 2           4221       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   H ig h - pe rforma nc e AES - 1 2 8  alg o rithm impleme ntati o n by  FP G A - ba sed  SoC   for 5 G  com muni ca tion s       P a o lo   Vis co nti 1 Ra m ir o   Vela zquez 2 Ste f a no   Ca po cc ia 3 Ro bert o   de  F a zio 4   1 , 3, 4 De p a rtme n o In n o v a ti o n   E n g in e e rin g ,   Un i v e rsity   o S a len to ,   L e c c e ,   Italy   2 F a c u lt a d   d e   I n g e n iería ,   Un i v e rsi d a d   P a n a m e rica n a ,   Ag u a sc a li e n tes ,   M e x ico       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  1 4 ,   2 0 2 0   R ev is ed   J an   1 4 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   Feb   4 ,   2 0 2 1       In   th is  re se a rc h   wo rk ,   a   fa st  a n d   li g h twe i g h AES - 1 2 8   c y p h e b a se d   o n   th e   Xili n x   ZCU1 0 2   F P G b o a rd   is  p re se n ted ,   su it a b le  f o 5 G   c o m m u n ica ti o n s.   In   p a rti c u lar,  b o th   e n c ry p ti o n   a n d   d e c ry p ti o n   a l g o ri th m h a v e   b e e n   d e v e lo p e d   u sin g   a   p ip e li n e d   a p p ro a c h ,   so   e n a b li n g   th e   si m u lt a n e o u s   p ro c e ss in g   o th e   ro u n d o n   m u lt ip le  d a ta  p a c k e ts  a e a c h   c lo c k   c y c le.  Bo th   th e   e n c ry p ti o n   a n d   d e c ry p ti o n   sy ste m su p p o r a n   o p e ra ti v e   fre q u e n c y   u p   to   2 2 0   M Hz ,   re a c h in g   2 8 . 1 6   G b it / m a x imu m   d a ta  th ro u g h p u t;   b e sid e s,  th e   e n c ry p ti o n   a n d   d e c ry p ti o n   p h a se las b o th   o n ly   ten   c lo c k   p e rio d s.   To   g u a ra n tee   th e   i n tero p e ra b il it y   o t h e   d e v e lo p e d   e n c r y p ti o n /d e c ry p ti o n   sy ste m   with   t h e   o t h e se c ti o n o t h e   5 G   c o m m u n ica ti o n   a p p a ra tu s,  sy n c h ro n iza ti o n   a n d   c o n tr o l   sig n a ls  h a v e   b e e n   in teg ra ted .   Th e   e n c ry p ti o n   sy ste m   u se o n ly   1 6 3 1   CLBs,  w h e re a th e   d e c ry p ti o n   o n e   o n ly   3 4 6 4   C LBs,  a sc rib a b le,  m a in ly ,   to   th e   I n v e rs e   M ix  Co lu mn s   st e p .   Th e   d e v e lo p e d   c y p h e sh o ws   h ig h e r   e fficie n c y   (8 . 6 3   M b p s/slice th a n   sim il a so lu ti o n p re se n i n   li tera t u re .   K ey w o r d s :   5 co m m u n icatio n s   Ad v an ce d   e n cr y p tio n   s tan d ar d   Field   p r o g r a m m ab le  g ate  a r r a y   VHDL   Xilin x   Z C U1 0 2   p latf o r m   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   P.  Vis co n ti    Dep ar tm en t o f   I n n o v atio n   E n g in ee r in g ,   Un i v er s ity   o f   Salen t o   R o ad   to   Mo n ter o n i,  E c o te kne   C am p u s ,   L ec ce ,   7 3 1 0 0 ,   I taly   E m ail: p ao lo . v is co n ti@ u n is alen to . it       1.   I NT RO D UCT I O N     Netwo r k   s ec u r ity   is   th s et  o f   p r ev en tiv m ea s u r es,  b o th   h ar d war e,   an d   s o f twar e,   to   p r o tect  f iles ,   d r iv er s ,   an d   d i r ec to r ies  f r o m   u n a u th o r ized   ac ce s s ,   m o d if icatio n ,   d estru ctio n ,   a n d   to   p r o v id s ec u r e   co mmu n ica tio n   b etwe en   s en d er   an d   r ec eiv er .   T h t h r ee   p r im ar y   s ec u r ity   g o als  f o r   s ec u r tr a n s mis s io n   ar co n fid en tia lity in teg r ity,   an d   a u th en tica tio n th co n fid en ti a lity   is   en s u r ed   b y   th cr y p to g r ap h y ,   wh ich   is   p r o ce d u r o f   en co d in g   p la in text   in to   an   u n i n tellig ib le  f o r m at  ( en cr y p ti o n ) ,   k n o w n   as  cip h er t ex t,  th r o u g h   t h e   u s o f   k ey ,   an d   allo win g   o n ly   th e   r ec eiv e r   to   r etr ie v th o r ig i n al  d ata   b y   m ea n s   o f   a n   id en tical   k ey   o r   a   d if f er en o n ( d ec r y p tio n ) .   Hen ce ,   cr y p to g r ap h ic  p r o ce s s   i s   m ain ly   b ased   o n   two   co m p o n en ts cr y p to g r ap h ic  alg o r ith m   a n d   at  lea s o n s ec r et  k ey .   T h cr y p to g r ap h ic  s y s tem s   ar e   class if ied   in to   two   ca teg o r ies,  b ased   o n   h o t h k ey s   ar u s ed ,   n a m ely   s y m m etr ic  k ey   c r y p t o g r ap h y   ( SKC ) ,   k n o wn   as  p r iv ate   k ey   cr y p t o g r a p h y ,   a n d   asy m m etr ic  k ey   cr y p to g r ap h y   ( AKC),   k n o wn   as  p u b lic - k ey   cr y p to g r ap h y .   I n   th f ir s t   o n e,   th e   two   u s er s   h av e   th s am p r iv ate   k ey ,   em p l o y ed   to   en cr y p an d   d ec r y p t   th d ata.   I n   c o n tr ast,  in   th latter ,   th s en d er s   an d   r ec eiv e r s   u s two   k ey s a   p u b lic  k ey   em p lo y ed   f o r   en c o d in g   th e   p lain tex t,  k n o wn   to   b o th   e n titi es,  an d   a   p r i v ate  k e y   f o r   d ec o d in g   th e   cip h er te x t.  T h b est - k n o wn   s y m m etr ic  en cr y p tio n   alg o r it h m s   in clu d th e   alr ea d y   o u td ated   d ata  e n cr y p tio n   s tan d a r d   ( DE S)  an d   its   s u cc ess o r ,   n a m ely   th e   ad v a n ce d   en cr y p tio n   s tan d ar d   ( AE S)   [ 1 ] - [ 3 ] in s tead ,   th asy m m etr ic  en cr y p tio n   al g o r ith m   m o s t   wid esp r ea d   is   t h r iv est s h am ir   ad lem an   ( R SA)   [ 4 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 1     4 2 2 1   -   4 2 3 2   4222   W ith   th ev o l u tio n   o f   5 G   tec h n o lo g y ,   n ew  a r ch itectu r e,   te ch n o lo g ies,  tr af f ic   s tr ateg ies  h av b ee n   in tr o d u ce d ,   o p en in g   n ew  c h allen g es  to   b e   f ac ed   f o r   e n s u r in g   s ec u r ity   [ 5 ] - [ 8 ] .   Sp ec if ically ,   s ev er al  ty p o lo g ies   o f   s ec u r ity   ar r eq u ir ed ,   g iv en   th wid r an g o f   a p p licatio n s   in v o lv ed   in   5 tech n o lo g ies ,   s u ch   as  en h an ce d   m o b ile  b r o ad b a n d ,   m ass iv a n d   cr itical  m ac h in e - ty p co m m u n icatio n .   Fo r   in s tan ce ,   in te r n et  o f   th in g s   ( I o T )   ap p licatio n s ,   f ea tu r ed   b y   o p e n   an d   s h ar ed   n etwo r k   ar c h itectu r es,  clo u d   co m p u tin g ,   v ir tu al izatio n ,   an d   p o llin g   tech n o lo g y   r eq u ir e   th e   d ev el o p m en t   o f   s ec u r e   air   in te r f ac to   p r e v en t   in f o r m atio n   leak ag e   [ 9 ] - [ 1 4 ] Fu r th er m o r e ,   ac ce s s   to   h u g e   am o u n o f   n o d e s ,   with   lo w   laten cy ,   an d   h ig h   th r o u g h p u is   th p r er o g ativ o f   5 G,   also   co n s id er in g   n o d es  with   lim ited   co m p u tatio n al  r e s o u r ce s ,   an d   p o wer   co n s u m p t io n   [ 1 5 ] th er ef o r e,   lig h tweig h an d   r eliab le  s ec u r ity   alg o r ith m s   ar e   r eq u i r ed   t o   s u p p o r th ese  ap p licatio n s   [ 16] - [ 1 8 ] .   T h 5 s y s tem s   u s p r o tectio n   m ec h an is m s   f o r   s ig n al  an d   u s er   p lan tr af f ic,   th r o u g h   en c r y p tio n   an d   in teg r ity   p r o tectio n   m ec h a n is m s   [ 1 9 ] - [ 2 1 ] .   T h e r ef o r e ,   s ev er al  r eliab le  an d   well - k n o wn   en cr y p tio n   alg o r ith m s   f r o m   4 G   s y s tem s   h av b ee n   ex ten d ed   to   t h 5 o n es,  s u ch   as  SN O W   3 G,   AE S - co u n ter   m o d ( C T R ) ,   an d   Z UC ,   a s   well  as f o r   in teg r ity   p r o tectio n ,   AE S - C MA C ,   S NOW 3 G,   an d   Z UC   ar co m m o n ly   u s ed   [ 2 2 ] .   T h AE is   th m o s wid esp r ea d   s y m m etr ic   cy p h er ,   c h o s en   in   2 0 0 1   b y   th e   US  Natio n al  I n s titu te  o f   s tan d ar d s   an d   tech n o lo g y   ( NI ST) ,   as  m a n d ato r y   s o l u tio n   in   s ev er al  c o m m er cial  a n d   in d u s tr ial  s y s tem s .   I t   o p er ates  o n   1 2 8 - b it  d ata   b lo c k s ,   s im ilar ly   to   R ijn d ae cy p h er ,   a v ailab le  in   th r ee   v er s io n s   ac co r d i n g   t o   th e   k ey s '   len g th ,   n am ely   1 2 8 - b it,  1 9 2 - b it,  an d   2 5 6 - b it,  an d   d e v e lo p ab le  b o th   in   h ar d war a n d   s o f twar e   [ 2 3 ] .   T h e   cip h er tex is   o b tain ed   th r o u g h   g iv en   n u m b er   o f   r o u n d s ,   d ep e n d in g   o n   th e   k e y   len g th f o r   AE S - 1 2 8 ,   te n   r o u n d s   ar e   r eq u i r ed ,   ea ch   r o u n d ,   ex ce p t   th e   f ir s t,  in clu d es  th r ee   lay e r s ,   n am el y   th e   ke a d d itio n   l a ye r   ( co r r esp o n d in g   to   A d d R o u n d K ey   o p er atio n ) ,   s u b s titu tio n   l a ye r   ( co r r esp o n d in g   to   S u b tit u tio n B yte  o p er atio n ) ,   an d   th e   d iffu s io n   la ye r   ( c o r r e s p o n d in g   to   S h iftRo w s   an d   M ixC o lu mn s   o p er atio n s ) .   E x ce p tio n s   ar m ad f o r   th A d d R o u n d K ey   f u n ctio n   in   th f ir s r o u n d   an d   th a b s en ce   o f   th MixC o lu mn s   o p er atio n   in   th last   r o u n d .   T h f ield   p r o g r am m a b le  g ate   ar r ay   ( FP GA)   p latf o r m s   ar e   em p lo y e d   in   s ev er al  ap p licatio n s ,   lik e   v id eo   an d   im ag i n g   p r o c ess in g   [ 2 4 ] - [ 2 6 ] ,   m ilit ar y   an d   m ed ic al  ap p licatio n s   [ 2 7 ] - [ 3 2 ] ,   au t o m o ti v e,   elec tr o n ics  f o r   h ig h - s p ee d   p r o ce s s in g   [ 3 3 ] ,   [ 3 4 ] ,   an d   m o r e ,   th an k s   t o   th eir   g r ea r ec o n f ig u r ab ilit y   an d   p r o ce s s in g   ca p ac ity .   Fu r th er m o r e,   th FP GA s   ar wid ely   ap p lied   to   co m m u n icatio n   ap p licatio n s ,   s p ec if ically ,   to   ef f icien tly   d e v elo p   h ar d war e   im p lem en tatio n s   o f   e n cr y p t io n /d ec r y p tio n   al g o r ith m s ,   e x p lo itin g   t h h ig h   p er f o r m an ce s   an d   q u ick   d ev el o p m en t   tim e,   an d   p ar allel  im p lem en tatio n   o f f er e d   b y   th ese   p latf o r m s   [ 3 5 ] - [ 3 9 ] Sev er al  cr y p to g r ap h ic  im p le m en tatio n s ,   f r o m   f u lly   p ip el in ed   to   lo w - co s an d   lo p o we r   co n s u m p tio n   ar ch itectu r es,  h av b ee n   p r o p o s ed   in   th s cien tific   liter atu r e.   Sp ec if ically ,   in   [ 4 0 ] ,   th au th o r s   p r o p o s ed   two   ef f icien im p lem en tatio n s   o f   t h en cr y p t - o n ly   AE S - 1 2 8   alg o r ith m   o n   th XC 7 Z 0 1 0 clq 2 2 5 - 3   FP GA  d ev ice,   in v o lv in g   p ar tial  lo o p   u n r o ll i n g   an d   m u lti - s tag p ip elin i n g   s o lu tio n s b o th   d ev elo p e d   im p lem en tatio n s   co n s u m ab o u 4 5 5   m W   o f   d y n a m ic  p o wer .   Fu r th e r m o r e,   Gu zm àn   et  a l.   p r esen te d   an   FP GA - b ased   im p lem en tatio n   o f   th AE S - 1 2 8   alg o r ith m ,   o n   Xilin x   Vir te x   5 ,   o p er atin g   in   elec tr o n ic  c o d eb o o k   ( E C B )   an d   co u n ter   ( C T R )   m o d es.   I n   th e   two   m eth o d s ,   t h im p lem en tatio n   o b tain s   d ata  th r o u g h p u eq u al  to   3 4 . 8 9   Gb it/s   f o r   en cr y p tio n   a n d   2 5 . 5   Gb it/s   f o r   th d ec r y p tio n .   I n   [ 4 1 ] ,   th a u th o r s   in t r o d u ce d   h ig h - th r o u g h p u AE S - 1 2 8   im p lem en tatio n   o n   t h FP GA  p l atf o r m ,   b ased   o n   th co n ten ad d r ess ab le  m em o r y   ( C AM )   s ch em an d   h ig h - ef f icien c y   Su b B y tes  b lo ck .   T h p r o p o s ed   d esig n   s u p p o r ts   7 5 . 3   MH m a x im u m   o p e r atio n al   f r eq u e n cy   with   3 2   Gb it/s   th r o u g h p u v al u e.   Z o d p et  a l.   d ev elo p ed   a   n ew  g e n er atio n   s c h em f o r   Sb o x   an d   in itial  k ey ,   ap p licab le   to   AE S   im p lem en tatio n s ,   b y   u s in g   t h e   p s eu d o   n o is ( PN)   s eq u en ce   g en er ato r   [ 4 2 ] .   T h e   p r o p o s ed   s o lu tio n   was  test ed   o n   s ev er al  FP GA  p latf o r m s ,   d em o n s tr atin g   s ig n if ican im p r o v em e n ts   in   d ata   th r o u g h p u t   v alu es.  Fu r th er m o r e,   th e   au t h o r s   in   [ 4 3 ]   in t r o d u ce d   s ec r et  m u lti - d im e n s io n al  s y m m etr ic   en cr y p tio n   alg o r ith m ,   b ased   o n   s u b s titu tio n - p er m u tatio n   n et wo r k   an d   s u p p o r tin g   h i g h - s p e ed   p r o ce s s in g   in   s ix   d im en s io n s p ar allel  en cr y p tio n   s tr u ctu r e,   em p lo y i n g   a   1 2 8 - b it  b lo ck   f o r   ea ch   d i m en s io n ,   h as  b ee n   im p lem en ted ,   s o   allo win g   to   m an ag lar g e   d ata  v o lu m es.   I n   th p r esen m an u s cr ip t,  an   FP GA  h ig h - th r o u g h p u AE S - 1 2 8   cy p h er   is   p r esen ted ,   th o u g h f o r   5 G   co m m u n icatio n s .   Sp ec if ically ,   p ip elin ed   f r am ewo r k   h as  b ee n   u s ed   to   im p le m en th AE S - 1 2 8   en cr y p tio n /d ec r y p tio n   s y s tem ,   en ab lin g   p ar allel  elab o r atio n   o f   m u ltip le  d ata  p ac k ets  ev e r y   clo ck   cy cle,   a n d   th u s   h ig h er   t h r o u g h p u t;  th p r o p o s ed   im p lem en tatio n   e m p l o y s   3 2   b it  1 6   x   1 6   Sb o x   f o r   s p ee d in g   u p   t h e   p r o ce s s in g   tim o f   th e   AE S - 1 2 8   r o u n d s .   T h e   s im u latio n s   a n d   o n - f ield   test s   d em o n s tr ate d   th at  an   o p e r atin g   f r eq u e n cy   u p   to   2 2 0   MH is   s u p p o r ted   b y   b o t h   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   b lo ck s ,   allo win g   en cr y p tio n /d ec r y p tio n   tim o f   ju s ten   clo ck   cy cle,   a n d   a cc ep tin g   an d   p r o v id in g   d ata  p ac k ets  ea ch   clo ck   cy cle,   r esu ltin g   in   m ax im u m   th r o u g h p u o v e r   2 8   Gb it/s   ( n am ely ,   128  × 220 = 28 . 16   ) .   A   Z y n q   Ultr ascale+ MPSo C   Z C U1 0 2   b o a r d   ( p r o d u ce d   b y   Xilin x   I n c. ) ,   u s in g   Z y n q   Ultr ascale+   XC Z U9 E G - 2 FF VB 1 1 5 6 E   m u ltip r o ce s s o r   s y s tem - on - ch ip   ( MPSo C ) ,   h as  b ee n   em p lo y ed   f o r   d ev elo p in g   th e   en cr y p tio n /d ec r y p tio n   b lo ck s ,   an d   s u p p o r t a   m a x im u m   o p er a tin g   f r eq u en cy   eq u al  to   3 5 0   M Hz   [ 4 4 ] .   I n   ad d itio n ,   f ast  k ey   ex p an s io n   alg o r ith m   h as  b ee n   im p lem en ted ,   co m b in in g ,   th r o u g h   GF  f u n ctio n s ,   th p r ev io u s   s u b - k ey   with   th cu r r e n s u b - k e y   tr an s f o r m e d   b y   th Sb o x ;   th er ef o r e,   t h k ey   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8 7 0 8       Hig h - p erfo r ma n ce   A E S - 1 2 8   a l g o r ith imp leme n ta tio n   b F P GA   ( P a o lo   V is co n ti )   4223   ex p an s io n   s tep   last s   ju s 1 7 4 . 5 5   n s   f o r   d er i v in g   th e   4 4   w o r d s   f r o m   th e   en cr y p tio n   k ey .   B esid es,  th p r o p o s ed   VHSI C - v er y   h ig h - s p ee d   cir c u its - h ar d war d escr ip ti o n   la n g u ag e   ( VHDL )   en c r y p tio n /d ec r y p tio n   s y s tem   in c lu d es  s ev er al  c o n tr o s ig n als  f o r   s y n c h r o n izin g   i with   th e   d ata  g en er at o r   b lo ck   an d   th e   m o d u lato r / d em o d u lato r ,   r esp ec tiv ely also ,   d if f e r en b l o c k s   h av b ee n   a d d ed   f o r   test in g   th d ev elo p e d   en cr y p tio n /d ec r y p tio n   b lo c k ,   b y   p lacin g   in   d eter m in is tic  way   an   er r o r   in to   t h in co m i n g   d ata  p ac k et  an d   ch ec k in g   t h co r r ec tn ess   o f   th r esu ltin g   en cr y p ted /d ec r y p te d   p ac k et,   in d icate d   b y   s u ita b le  er r o r   s ig n al.   s u itab le  m ec h an is m   h as  b ee n   d ev elo p e d   to   s u b s titu te  th e n cr y p tio n   k ey   in   ev er y   i n s tan o f   th en cr y p tio n   p r o ce s s ,   r esu ltin g   in   th lo s s   o f   ju s t th r ee   d ata  p ac k ets in   ea c h   s u b s titu tio n   p r o ce s s .   T h s i m u latio n   r esu lts   an d   on - f ield   test s   h av d em o n s tr a ted   th p r o p e r   o p er atio n   o f   b o th   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   b lo ck s   an d   h ig h er   ef f icien cy   i n   th e   u tili za tio n   o f   h a r d war e   r eso u r ce s   ( i.e .   8 . 6 3   Mb p s /s lices)  th an   s im ilar   im p lem en tatio n s   p r esen t in   th s cien tific   liter at u r e.   T h r est  o f   th p a p er   is   o r g an i ze d   as  f o llo ws:   th s ec tio n   2   r ep o r ts   th d esig n   an d   im p lem en tatio n   o f   th p r o p o s ed   en c r y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   s y s tem s   an d   all   th VHDL   s ec tio n s   d ev el o p ed   to   v e r if y   th eir   o p er atio n .   Sectio n   3   p r esen ts   th r esu lts   o f   p o s t - im p lem e n tatio n   an d   p o s t - s y n th esis   s im u latio n s   ca r r ied   o u o n   th ca s ca d s y s tem   o f   th e   c y p h er   an d   d ec r y p to r .   Fin ally ,   in   th e   f o u r th   s ec tio n ,   th e   p er f o r m a n ce s   o f   th e   p r o p o s ed   en cr y p tio n /d ec r y p tio n   s y s tem   ar d is cu s s ed ,   co m p ar in g   th em   with   s im ilar   im p lem en tatio n s   r ep o r ted   in   th liter atu r e.       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   T h X ilin x   Viv ad o   Desig n   Su ite  h as  b ee n   u s ed   f o r   d e v elo p in g   th p r o p o s ed   en c r y p tio n /d ec r y p tio n   s y s te m ,   ex p lo itin g   th e   wid r an g o f   to o ls   o f f er e d   to   t h d esig n er s .   T h e   b lo c k   d iag r am   r elate d   to   th e   en cr y p tio n   s y s tem   is   s h o wn   in   Fig u r 1 ,   al o n g   with   all  th e   b lo ck s   f o r   test in g   its   co r r ec o p er atio n th A X I   S tr ea b u s   p r o v id es  th 1 2 8 - b it  p lain tex d ata  p ac k ets  in   in p u an d   cip h er ed   p ac k ets  in   o u tp u f r o m   th cy p h er .   T h f u n ctio n   o f   all  th e   im p lem en ted   b lo ck s   is   f o llo w in g   d escr ib ed :     I n s ert  E r r o r   b lo ck   to   in s er a n   er r o r   in to   p ac k et  in clu d e d   in   th in ter n al  tab le  o f   th Da ta   Gen era to r   b lo ck   ( b lu b o x   in   Fig u r 1 ) .     C lo ck   g en era to r   b lo ck   to   g en e r ate  th 2 2 0   MH s y s tem   clo c k   to   all  b lo c k s   ( p u r p le  b o x   in   Fig u r e1 ) ;     K ey _ Gen era to r   b lo ck   f o r   p r o v id in g   t h e   en cr y p tio n   k ey   t o   th K ey _ to _ w r ite   b lo ck ,   wh ic h   lo ad s   th k ey   in to   th m em o r y   r eg is ter s   b y   AXI   L ite  b u s ; a ls o ,   th is   b lo ck   ch an g es th en c r y p tio n   k e y .     Da ta   Gen era to r   p r o v id es  th e   1 2 8 - b it  p lain tex d ata  p ac k e ts   to   th A E S _ A X I S _ K E Y   en cr y p tio n   s ec tio n   ( y ell o b o x   in   Fig u r e   1 ) .     K ey _ to _ w r ite   b lo ck   f o r   lo ad in g   th en cr y p tio n   k e y   in to   th m em o r y   r e g is ter s ,   th r o u g h   th e   AXI   L ite  b u s ,   im p lem en tin g   all  th c o n tr o ls   r eq u ir ed   f o r   th is   o p er atio n   ( o r an g b o x   in   Fig u r 1 ) .     A E S _ A X I S _ K E Y   b lo ck   en cr y p ts   th in co m in g   p lain te x d ata  p ac k ets,  tak in g   in   in p u th 1 2 8 - b it  p lain tex d ata  p ac k ets,  th en cr y p tio n   k ey ,   th clo ck   s ig n al,   an d   th s y n ch r o n izatio n   s ig n als  u s ed   to   m an ag th e   lo ad in g   o f   t h n ew  e n cr y p tio n   k e y   in to   th f ir s in   f ir s t   o u ( FIFO)   r eg is ter s   ( h ig h lig h ted   in   r ed   in     Fig u r 1 ) .     P a tter n   V erif ica to r   f o r   ch ec k in g   th co m p lian ce   o f   th en c r y p ted   p ac k ets  with   th in p u p lain tex d ata,   n o tify in g   an   er r o r   s ig n al  e v en t u ally   if   an   e r r o r   is   d etec ted   ( g r ey   b o x   in   Fig u r e   1 ) .   T h f ir s s tep   p er f o r m ed   A E S _ A X I S _ K E Y   b lo ck   c o n ce r n in g   th k ey   ex p an s io n ,   aim ed   t o   o b tain   th e   1 1   s u b k ey s   u s ed   in   th e   1 0   r o u n d s   co n s titu tin g   th e   AE alg o r ith m .   T h d ev elo p e d   im p lem en tatio n   u s es  a   1 6   X   1 6   Sb o x   c o n s titu ted   b y   3 2 - b it   elem en ts ,   u n lik th 8 - b it  o f   th cla s s ic  im p lem en tatio n ,   th u s   s p ee d in g   u p   th e   d if f er en o p er atio n s   in v o l v in g   it,  b u with   h ig h er   r eso u r ce   u ti lizatio n .   L UT - b ased   im p lem en tatio n   h as  b ee n   p r ef er r e d   o v er   c o m b in ato r i al - b ased   s o lu tio n s   f o r   Sb o x ,   s in ce   th m ain   g o al   o f   th p r o p o s ed   en cr y p tio n /d ec r y p tio n   im p lem en tatio n   is   th d ata  th r o u g h p u t   r ath er   th at  th u tili za tio n   o f   h ar d war r eso u r ce s ,   g iv en   th lar g m em o r y   ca p a b ilit ies  o f f er ed   b y   th FP GA  p latf o r m in   f ac t,  Sb o x   s o lu ti o n s   b ased   o n   L UT   o f f er   b etter   p er f o r m an ce s   f r o m   p r o ce s s in g   tim p o i n o f   v iew  at  th ex p en s o f   a r ea   o cc u p atio n .   T h k ey   ex p an s io n   p h ase  s tar ts   wi th   th v alid atio n   o f   th n ew  k ey ,   g en er atin g   th ex p a n s io n _ ke y_ s ta r t   s ig n al,   o n ce   th n ew  k ey   is   r ig h tly   lo a d ed   f r o m   th e   r eg is ter s th wh o le  k ey   ex p an s io n   o p er atio n   last s   1 7 4 . 5 5   n s   to   o b tain   th 4 4   wo r d s   f r o m   th en c r y p t io n   k ey .   T h p s eu d o - c o d r elate d   to   th k e y _ ex p an s io n   s tep   is   th f o llo win g :     f o r   r o u n d _ co u n ter <1 1     if   r o u n d   co u n t=0   t h en   o u t_ v ali d =0   en d     cu r r en t_ k ey [ 0 - 3 1 ] =p r ec e d en t_ k ey [ 0 - 3 1 ]   xor   Sb o x _ 4 ( p r ec ed e n t_ k ey [ 9 6 - 1 0 3 ]   o r   Sb o x _ 4 ( p r ec ed e n t_ k e y [ 1 0 4 - 1 1 1 ]   or   Sb o x _ 4 ( p r ec ed en t _ k e y [ 1 1 2 - 1 1 9 ]   or   Sb o x _ 4 ( p r ec e d en t_ k e y [ 1 2 0 - 1 2 7 ]   xor   r co n ( r o u n d _ co u n t)   e n d     cu r r en t_ k ey [ 3 2 - 6 3 ] p r ec ed e n t_ k ey [ 3 2 - 6 3 ]   x o r   cu r r en t_ k ey [ 0 - 3 1 ]   en d     cu r r en t_ k ey [ 6 4 - 9 5 ] p r ec ed e n t_ k ey [ 6 4 - 9 5 ]   x o r   cu r r en t_ k ey [ 3 2 - 6 3 ]   en d     cu r r e n t_ k ey [ 9 6 - 1 2 7 ] =   p r ec e d e n t_ k ey [ 3 2 - 6 3 ]   xor   c u r r e n t_ k e y [ 6 4 - 9 5 ] ,   r o u n d _ co u n t++   en d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 1     4 2 2 1   -   4 2 3 2   4224     r etu r n   c u r r en t _ k ey   e n d     r o u n d _ co u n ter =0 ;     en d   f o r         Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r am   o f   th p r o p o s ed   en cr y p tio n   s y s tem ,   o b tain ed   b y   th e   Xilin x   V iva d o   d esig n   to o l       T h is   o p er atio n   c o n s is ts   o f   1 1   iter atio n s ,   in   ea c h   o f   w h ich   th k ey   is   v alid ated ,   at  f ir s t,  an d   th en   th e   f o u r   wo r d s   f o r   ea ch   s u b - k ey   a r o b tai n ed   c o m b in i n g   th p r e v io u s   s u b - k ey s   with   th c u r r e n k ey   tr an s f o r m ed   b y   th e   Sb o x ;   th r co n   m et h o d   is   r o u n d   co n s ta n ad d e d   to   th r esu lt  o f   th e   two   s u b - f u n c tio n s .   On ce   th e   1 1   s u b - k ey s   ar e   o b tain ed ,   t h i m p lem en ted   al g o r ith m   g e n er ates  th en cr y p ted   d ata  b y   c ar r y in g   o u t   th ten   iter atio n s   ( th te n   r o u n d s )   r eq u ir ed   b y   t h AE 1 2 8   s tan d ar d in   t h f ir s r o u n d   ( r o u n d _ 0 ) ,   t h p lain tex d ata   p ac k ets  ( in _ p la in _ d a ta )   ar e   c o m b in ed   th r o u g h   x o r   o p er ati o n   with   t h cip h er_ ke y_ ta b le   wh ich   c o n tain s   th e   k ey   to   b e   u s ed   n o y et   ex p an d ed r e d   b o x   in   Fig u r e   2 ( a ) .   Af ter   o b tain i n g   th i n ter m ed i ate  d ata  in   th e   f ir s t   r o u n d ,   th f o llo win g   n i n r o u n d s   ar ca r r ied   o u t,  in   ea ch   o f   wh ich   th S u b s titu teB ytes S h iftRo w MixC o lu mn s ,   A d d R o u n d K ey   o p er atio n s   a r p e r f o r m ed .   T h co d e   s ec tio n   th at   r ec alls   th n i n r o u n d s ,   d ev elo p e d   in   th A E S _ A X I S _ K E Y   b lo ck ,   is   s h o wn   in   Fig u r 2 ( b ) .   Ho wev er ,   ea c h   r o u n d   o p er a tes o n   th wo r d s   r esu lted   f r o m   t h p r ev io u s   r o u n d .   T h u s ,   th e   n ew   in ter m ed i ate  d ata  is   u p d ate d   u p   t o   th e   l ast  r o u n d   ( r o u n d   9 ) ,   wh ich   p r o v id es  th d ata  f o r   th r o u n d   1 0 ,   wh e r th la s A d d   R o u n d   K ey   f u n ctio n   is   ca r r ied   o u t;  in     Fig u r 3 ( a ) ,   th o p er atio n s   in v o lv ed   i n   ea ch   r o u n d   o f   AE S - 1 2 8   al g o r ith m   ar s h o wn .   Af ter   th n in th   r o u n d ,   th A d d _ r o u n d _ ke y   f u n ctio n   i s   ap p lied   to   th last   in ter m e d iate  d ata,   ca lled   in termed ia te_ d a ta ( 9 )   Fig u r 3 ( b ) .   T h P a tter n _ V erif ica to r   b lo c k   h as   b ee n   eq u ip p ed   with   a   s ec o n d   tab le,   a llo win g   u s   to   u s an o th er   k ey wh en   d if f er en k ey   is   u s ed   f o r   th en cr y p tio n ,   th is   ev en is   r ec eiv ed   b y   th two   s ig n als  ke y_ 1   an d   ke y_ 2 ,   wh ich   in d icate s   to   th e   P a tter n _ ve r ifica to r   wh ich   tab le  r ef er s .   T h ese  two   s ig n als ar g en er ated   f r o m   th e   K ey _ Gen era to r   b lo ck   an d   s u p p lied   d ir ec tly   to   th e   P a tter n _ ve r ifica to r   b lo ck .   T h is   last   is   s y n ch r o n ize d   with   th en cr y p tio n   b l o ck   b y   p u ls o n   th m0 0 _ a xis_ tva lid   p i n   p r o v id ed   at  t h en cr y p tio n   en d ,   s ig n allin g   t h av ailab ilit y   o f   th f o llo win g   d ata  p ac k et.     Als o ,   two   f l ag   s ig n als  h av b ee n   ad d ed ,   n am ely   s y n c h r o n izatio n   f lag   an d   s ig n al  to   i n d icate   th p ac k et  Da ta _ Gen era to r   tab le   p r o v id e d   to   A E S _ A X I S _ K E Y   b lo ck ,   en a b lin g   to   th P a tter n _ V erif ica to r   th tr ac k in g   o f   i n co m in g   p ac k et s ,   ch ec k in g   th c o r r esp o n d in g   o n es  i n s id its   in ter n al  ta b le.   I n   ad d itio n ,   as   m en tio n ed   ab o v e,   af ter   wr itin g   in   th e   r eg is ter   a n d   r esettin g   th ke y_ va lid   b it,  th e   alg o r ith m   p er f o r m s   th e   k ey   ex p an s io n   o p er atio n ,   last in g   1 7 4 . 5   n s d u r in g   th is   p h ase,   th ch an g o f   th s u b - k e y s   ca u s es  th lo s s   o f   th r ee   p ac k ets;   th ese  in co r r ec p ac k e ts   ar r ep o r ted   e x ter n ally   th r o u g h   a   p in   ca lled   i n va lid _ p a ck ets   wh ich   g o es  h ig h   wh en   wr o n g   en cr y p ted   p ac k et s   o cc u r   at  th A E S _ A X I S _ K E Y   b lo ck   o u tp u an d   r etu r n   lo wh en   th p ac k ets  ar en cr y p te d   co r r ec tly .   An   e r r o r _ s ig   s ig n al,   p r o v id e d   b y   P a tter n _ ve r ifica to r ,   in d icate s   er r o r s   in   en cr y p ted   d ata  p ac k ets th r o u g h   lo lev el  in   co r r esp o n d en ce   to   th wr o n g   d ata   p ac k et.     T h k ey   s u b s titu tio n   s y s tem   is   an   ess en t ial  f ea tu r f o r   e v er y   co m m u n icatio n   s y s tem   b ec au s p er io d ic  k ey   s u b s titu tio n   is   n ee d ed   f o r   en s u r in g   th e   s ec u r ity   o f   th e   tr an s m itted   d ata .   C o n s id er in g   th A E S _ A X I S _ K E Y   b lo ck ,   it  ac c ep ts ,   b y   D a ta _ Gen era to r ,   s y n ch r o n izatio n   s ig n al,   ca lled   s 0 0 _ a xis_ tva lid ,   t o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8 7 0 8       Hig h - p erfo r ma n ce   A E S - 1 2 8   a l g o r ith imp leme n ta tio n   b F P GA   ( P a o lo   V is co n ti )   4225   s ig n al  th p r esen ce   o f   th n ex d ata  p ac k et  o n   th AXI   b u s also ,   th en cr y p tio n   b lo ck   ac ce p ts   an o th er   s y n ch r o n izatio n   s ig n al  f r o m   P a tter n _ ve r ifica to r ,   ca lled   m 0 0 _ a xis_ tr ea d y,   f o r   in d icatin g   wh en   th is   last   is   av ailab le  to   r ec eiv n ew  d ata  p ac k et.   Mo r eo v er ,   th s 0 0 _ a xis_ tr ea d y   s ig n al  h as  b ee n   co n f ig u r e d ,   wh ich   in d icate s   wh en   t h e n cr y p ti o n   b lo ck   is   r ea d y   to   ac ce p a   n e p lain tex d ata  p ac k et;  th is   s ig n al  is   r eset,  o n ly   wh en   th m0 0 _ a xis_ tr ea d y   s i g n al  is   r eset.  I f   t h P a tter n _ v erif ica to r   n o tifie s   its   u n av ailab ilit y   to   lo ad   n ew   en cr y p ted   d ata  p ac k et,   b r in g in g   s o   th m0 0 _ a xis_ tr ea d y   s ig n al  to   lo lo g ic  lev el,   th en cr y p tio n   b l o ck ,   co m m u n icate s   to   t h Da ta _ Gen era to r   its   u n av ailab ilit y   to   ac ce p n ew  p lain te x d ata  p ac k ets,  b r in g i n g   s o   t h e   s 0 0 _ a xis_ tr ea d y   s ig n al  to   lo lo g ical  lev el.   On o f   th p r i m ar y   co n tr ib u tio n s   o f   th e   p r o p o s ed   f r am ew o r k   is   co n s titu ted   b y   th co n tr o an d   s y n ch r o n izatio n   m ec h an is m s ,   ab o v d escr ib ed ,   ess en tial  f o r   th o p er atio n   o f   th en tire   en cr y p tio n /d ec r y p t io n   s y s tem ,   g u ar an teein g   i ts   co m p atib ilit y   with   th o th e r   f u n ctio n al  b lo ck s   in clu d ed   in   th co m m u n icatio n   s y s tem .         ( a)           ( b )     Fig u r 2 T h is   f ig u r a r e,   ( a )   VHDL   im p lem en tatio n   o f   th f ir s t r o u n d   ( r o u n d _ 0 )   o f   AE alg o r ith m ,   wh e r th Ad d   R o u n d   Key   o p er atio n   o n   th p lain tex t d ata  p ac k et  is   ca r r ied   o u t;  ( b co d s ec tio n   ass o ciate d   with   th n in in ter m ed iate  r o u n d s   th at  ca r r y   o u t th o p er atio n s   r e q u ir ed   b y   t h AE alg o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 1     4 2 2 1   -   4 2 3 2   4226       ( a)         ( b )     Fig u r 3 T h is   f ig u r a r e,   ( a )   Op er atio n s   in v o l v ed   in   t h f ir s t n in r o u n d s   o f   AE S - 1 2 8   alg o r ith m ,   wh er t h in ter m ed iate  r esu lt o f   t h r o u n d   ( o u t _ in termed ia te_ d a t a )   is   s to r ed   f o r   th n ex t o n e;  ( b )   g en er atio n   o f   th en cr y p ted   d ata  p ac k et  ( o u t_ ci p h er_ d a ta )   f r o m   in ter m e d iate  d ata  p r o d u ce d   f r o m   r o u n d   9   ( in termed ia te_ d a ta ( 9 ) ,   b lu b o x )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8 7 0 8       Hig h - p erfo r ma n ce   A E S - 1 2 8   a l g o r ith imp leme n ta tio n   b F P GA   ( P a o lo   V is co n ti )   4227   B y   s to r in g   th e   in ter m e d iate  r esu lts   o b tain ed   f r o m   ea ch   r o u n d   ( i.e .      _   ( ) = 1 , . 9 ) ,   a   p ip elin e d   s tr ateg y   h as  b ee n   im p lem e n ted ,   p er f o r m in g   th ten   r o u n d s   o n   c o n s ec u tiv e   d ata  p ac k ets,   at  th s am tim e,   th u s   e n ab li n g   th ela b o r atio n   o f   n ew  p ac k et  o n l y   wh en   th p r o ce s s in g   o n   th p r ev io u s   p ac k ets  is   co n clu d ed .   I n   th is   way ,   p ar allel  ela b o r atio n   o n   s u cc ess iv p ac k ets  is   o b tain e d ,   th u s   im p r o v i n g   t h u s ag o f   h ar d wa r r eso u r ce s ,   an d   en ab lin g   h ig h er   d ata  th r o u g h p u t.  As  af o r em e n tio n ed ,   th p r o p o s ed   AE im p lem en tatio n   is   f ea tu r ed   b y   r o u n d ' s   p r o ce s s in g   tim eq u al  to   o n ly   clo ck   cy cle,   p r o v id in g   an   en cr y p te d   d ata  p ac k et   ev er y   clo c k   p e r io d .   Mo r eo v er ,   th im p lem en tatio n   o f   th AE S - 1 2 8   d ec r y p tio n   alg o r ith m   h as  b ee n   ca r r ied   o u t,  s im ilar ly   to   th e n cr y p tio n   s y s tem ,   p ar allelizin g   m an y   lo g ical  o p er atio n s   o n   ea ch   clo ck   p er io d s p ec if ically ,   1 6 X1 6   S ta te  m atr ix   was  em p lo y ed ,   also   in   th is   ca s e,   co n tain in g   3 2 - b its   elem en ts   an d   n o o f   8   b its   as  in   th ca s o f   th s tan d ar d   im p lem e n tatio n .   T h p r o p o s ed   im p lem en tatio n   s tar ts   with   k ey   ex p a n s io n ,   ca r r ied   o u with   th s am e   Sb o x   em p l o y ed   f o r   th e   en cr y p tio n   p r o ce s s .   T h e   d escr ip tio n   p r o ce s s   co n s is ts   o f   ten   r o u n d s ,   in v o lv in g   th co r r esp o n d en in v er s o p er atio n s   to   en cr y p tio n ,   v iz   I n v S h iftRo w s I n vS u b B ytes ,   an d   I n vMixC o lu mn s .   T h in v er s f u n ctio n s   ar all  o b tain ed   u s in g   m atr ix   im p lem en tatio n s   r ep r esen ted   b y   f o u r   1 6   1 6   m atr ices  with   3 2 - b it  e lem en ts   ( n am ed   s b o x_ d ec o d i n g _ 0 ,   s b o x_ d ec o d in g _ 1 ,   s b o x_ d ec o d i n g _ 2 ,   an d   s b o x_ d ec o d in g _ 3 ) ,   co m b in ed   b y   xo r   o p er atio n   to   d er iv th in ter m ed iate  d ata  o f   th d if f er en r o u n d s .   T h is   s o lu tio n   allo ws  to   r ed u ce   th tim d u r atio n   o f   th d ec r y p tio n   o p er atio n   to   ju s ten   clo ck   c y cles;  n ev er th eless ,   th is   im p lem en tatio n   r eq u i r es  m o r FP GA  h ar d war r eso u r c es.  I n   o r d e r   to   test   th d ec r y p t io n   im p lem e n tatio n ,   s ev er al  VHDL   b lo ck s   h av b ee n   em p lo y e d ,   with   f u n ctio n alities   s im ilar   to   th o s u s ed   f o r   th en cr y p tio n   s y s tem .       3.   RE SU L T A ND  D I SCU SS I O N   3 . 1 .    B eha v io r a l sim ula t io ns   o f   t he  ca s ca de  s y s t em   inclu din g   t he  encr y ptio n a nd   decr y ptio n sect io ns   Alth o u g h   th Xilin x   Z C U1 0 2   p latf o r m   is   f ea tu r e d   b y   3 5 0   M Hz  m ax im u m   o p er atin g   f r eq u en cy ,   p o s t - im p lem en tatio n   s im u latio n s   p r o d u ce d   n eg ativ e   wo r s n eg ativ s lack   ( W NS)   f o r   clo ck   f r eq u e n cies  h ig h er   th an   2 2 0   MH z,   i n d icatin g   clo ck   s ig n al  p r o p a g a tio n   is s u es.  T o   o v e r co m e   th is   p r o b lem ,   t h clo ck   f r eq u e n cy   h as  b ee n   r ed u ce d   to   2 2 0   MH z   an d   em p lo y i n g   th E xp lo r e   s tr ateg y   o f f e r ed   b y   th Viv ad o   t o o l ,   th u s   r esu ltin g   in   W NS   v alu e   o f   0 . 0 0 5   n s ,   r elate d   to   th e   en cr y p tio n   t ask ,   an d   0 . 0 0 8   n s   f o r   th e   d e cr y p tio n   o n e.   T h e   b eh av io u r al  s im u latio n s   o n   t h s y s tem   co m p o s ed   o f   th en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   s e ctio n s   co n n ec ted   in   ca s ca d h av b ee n   p er f o r m e d ,   u s in g   2 2 0   MH clo ck   f r eq u en cy   as  s h o wn   in   Fig u r es  4   an d   5 .   I n   Fig u r 4 ,   th wav ef o r m s   r elate d   to   th en cr y p tio n /d ec r y p tio n   p r o ce s s   ar s h o wn ,   o b tain ed   b y   f ee d in g   th en cr y p tio n   s y s tem   with   p lain tex p ac k et s   ev er y   4 0 . 8 6   n s ,   co r r esp o n d in g   to   d ate - r ate  o f   a b o u t   3   Gb it/s   ( 128 40 . 86    = 3 . 132   / ) .   As  ev id en t,  th en cr y p ted   p ac k ets  ar p r o ce s s ed   b y   t h e   en c r y p tio n   b lo ck   o u tp u af te r   ten   clo ck   p e r io d s   ( i.e .   10   × 4 . 54    = 45 . 4    ) ,   a n d   lo a d ed   b y   t h d ec r y p tio n   s ec tio n   o n   th e   f o llo win g   cl o ck   r is in g   ed g e;   th is   last   is   d ec r y p ted   an d   p r o v id ed   in   o u tp u to   th d ec r y p tio n   s y s tem   af ter   o n ly   ten   clo ck   c y cle.   Hen ce ,   th wh o le  e n cr y p tio n / d ec r y p tio n   p r o ce s s   last s   o n ly   2 0   clo ck   p er io d s   eq u al  to   9 0 . 8   n s   ( f o r   2 2 0   MH z   clo ck   f r eq u e n cy ) .   As  ev id en t,   th co n tr o an d   s y n c h r o n izin g   s ig n als  h av e   b ee n   im p lem en t ed   f o r   en s u r in g   th e   in ter o p er a b ilit y   b etwe en   th e   d ev elo p ed   en cr y p tio n / d ec r y p tio n   s y s tem   an d   t h d i f f er en t   co m p o n e n ts   in teg r ated   in to   th co m m u n icatio n   s y s tem .           Fig u r 4 .   T e m p o r al  t r en d s   o f   t h wav ef o r m s   r elate d   to   th e   e n cr y p tio n /d ec r y p tio n   p r o v i d in g   th p lain tex d ata  p ac k ets ev er y   4 0 . 8 6   n s   ( d ata - r ate  3 . 1 2 3   Gb it/s )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 1     4 2 2 1   -   4 2 3 2   4228       Fig u r 5 .   T e m p o r al  t r en d s   o f   t h wav ef o r m s   r elate d   to   th e   e n cr y p tio n /d ec r y p tio n   p r o v i d in g   th p lain tex d ata  p ac k ets o n   ev e r y   r is in g   ed g o f   th 2 2 0   M Hz  clo ck   s ig n al  ( e v er y   4 . 5 4   n s )       Af ter war d s ,   th b eh a v io u r al  s i m u latio n   is   ca r r ied   o u t,  p r o v id in g   p lain t ex t d ata  p ac k ets to   th in p u t o f   th en cr y p tio n   b l o ck ,   o n   th r is in g   ed g es o f   th e   clo ck   s ig n al.   T h tim in ter v al  r eq u ir e d   f o r   th en cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   r e m ain s   9 0 . 8   n s .   T h co m b in ed   s y s tem   ca n   elab o r ate  a n d   p r o v id e n cr y p ted   d ata  o n   th r is in g   ed g es  o f   th e   s y n ch r o n izatio n   s ig n al,   o b tain i n g   2 8 . 1 6   Gb it/s   d ata - r ate  ( 220     × 128   = 28 . 16   / ) ;   th is   is   in d icate d   b y   th s tatu s   o f   s 0 0 _ a xis_ tva lid   s ig n al,   g en er ated   b y   th e   A E S _ A X I S _ K E Y   b lo ck ,   w h ich   r em ain s   to   h ig h   lev el  f o r   t h wh o le  o p er atin g   tim o f   t h s y s tem   ( b lu e   b o x   in   Fig u r 5 ) ,   in d e x   o f   th e   co n tin u o u s   av ailab ilit y   o f   t h e   en cr y p tio n   b lo ck   to   r ec eiv n ew  p lain te x d ata   p ac k et.   Als o ,   th err o r _ s ig ,   p r o v id e d   b y   P a tter n   V erif ica to r ,   in d icate s   th co r r ec o p er atio n   o f   th d esig n e d   en cr y p tio n /d ec r y p tio n   s ec tio n ,   s in ce   it  r em ain s   at   lo lev el  f o r   all  th e   o p er atio n   tim e,   in d icatin g   th at   th d ec r y p ted   d ata  p ac k ets  ar id en tical  to   th c o r r esp o n d in g   o n es p r o v id e d   to   t h en cr y p to r   in p u t ( y ello b o x   in   Fig u r es 4   an d   5 ) .     3. 2 .    P o s t - s y nthesis   a nd   po s t - im plem ent a t io n si m ula t io ns   o f   t he  encr y ptio n a nd   decr y ptio n sy s t em s   I n   th is   s ec tio n ,   th e   r ea l   r eso u r ce   u tili za tio n   o f   th e   FP GA - Z C U1 0 2   d e v ice  r elate d   to   th e   d ev elo p e d   AE S - 1 2 8   im p lem en tatio n   is   d er iv ed   b y   p o s t - s y n th esis   an d   p o s t - im p lem en tatio n   s im u lati o n s .   T h er ef o r e,   th e   p o s t - s y n th esis   s im u latio n s   ar ca r r ied   o u o n   b o th   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   s ec tio n s   p r o v id in g   d ata  p ac k ets  o n   ea ch   clo ck   p e r io d   an d   with   2 2 0   MH clo ck   f r eq u e n cy th s im u latio n   r esu lts   o f   th FP GA  ar ea   u tili za tio n   ar s u m m ar ized   in   T ab le  1 .   Su b s eq u e n tly ,   th s im u latio n   was  r ep ea ted   p r o v id in g ,   ev er y   4 0 . 8 6   n s ,   th d ata   p ac k ets  to   th e   en cr y p tio n /d ec r y p tio n   b lo c k   in p u t,   o b tain in g   th e   s am r eso u r ce   u tili za tio n .   B esid es,   th p o s t - s y n th esis   s im u latio n   was  p er f o r m ed   o n   th en c r y p t io n   s ec tio n ,   af ter   th r em o v al  o f   th b lo c k s   ad d ed   to   test   th d ev elo p ed   im p le m e n tatio n ,   leav in g   ju s th b l o ck s   r eq u ir ed   b y   th en cr y p tio n   p r o ce s s .   I n   th is   ca s e,   th r eso u r ce s   n ee d ed   f o r   th s y s tem   s y n th esis   ar 4 . 7 6 o f   lo o k u p   tab le  ( L UT )   an d   0 . 7 1 o f   f lip   f lo p   ( FF )   r esp ec to   th o v er all  r eso u r c es  o f   Z y n q   Ultr ascale+   XC Z U9 E G - 2 FF VB 1 1 5 6 E   MPSo C ,   co r r esp o n d in g   to   1631  c o n f ig u r ab le  lo g ic  b lo ck s   ( C L B s ) th er ef o r e,   r ed u ctio n   o f   0 . 7 2   h as  b ee n   o b tain ed   f o r   L UT   u tili za tio n   an d   0 . 0 7 f o r   FF   co m p ar e d   to   th co m p lete  s ch em e.   T h p o s t - s y n th esis   s im u latio n s   o n   th e   d ec r y p tio n   s y s tem   wer ca r r ie d   o u t,  p r o v id in g   th en c r y p ted   d ata  p ac k ets  b o th   o n   th clo c k   r is in g   ed g es  an d   ev er y   4 0 . 8 6   n s ,   o b tain in g   t h s am r eso u r ce   u tili za tio n   as sh o wn   in   T ab le  1 .   Similar ly ,   th s im u latio n   h as  b e en   r e p ea ted ,   a f ter   th e   r em o v al  o f   all  th b lo ck s   n o in v o l v ed   in   th d ec r y p tio n in   th is   co n d itio n ,   1 0 . 1 1 o f   L UT s ,   0 . 7 1 o f   FF ,   an d   0 . 2 5 o f   g lo b al  b u f f e r   ( B UFG)   h av b ee n   u s ed ,   co r r esp o n d i n g   to   3 4 6 4   C L B s ,   th u s   o b tain in g   r e d u ctio n   o f   0 . 5 3 f o r   L UT s   an d   0 . 0 8 f o r   FF ,   co m p ar ed   t h co m p lete  d ec r y p tio n   s y s tem .   I is   ev id en th at  th d ec ip h er er   r eq u ir es  m o r FP GA  r eso u r ce s   th an   th cy p h er ,   attr ib u tab le  to   th f o u r   m atr ix   im p lem e n tatio n s   o f   I n ve r s S u b B ytes I n ve r s S h iftRo w s ,   an d   I n ve r s MixC o lu mn s   f u n ctio n s .   An y way ,   th is   latter   c o r r esp o n d s   m o s o f   th e   u s ed   h a r d wa r r eso u r ce s ,   d u t o   th in v er s m atr ix   ele m en ts   an d   th eir   r elate d   im p lem en tatio n ,   b ased   o n   L UT   [ 4 5 ] .   B esid es,  th p o s t - im p lem en t atio n   s im u latio n s   wer e   ca r r ied   o u f o r   th e n cr y p tio n ,   d ec r y p tio n   s y s tem s ,   an d   th o n co n s is t in g   o f   b o th   b l o ck s '   ca s ca d t o   ch ec k   th at  th p ar am eter s   r esu ltin g   f r o m   th e   s im u latio n   h av ac ce p tab le  v alu es  to   en s u r th r e g u la r   o p er atio n   o f   th al g o r ith m .   T h s im u latio n s   d em o n s tr ated   th at  f o r   cl o ck   f r eq u e n cy   h ig h e r   th a n   2 2 0   M Hz,   p o s itiv wo r s n eg ativ e   s lack   ( W NS )   v alu co u ld   n o b o b tain ed ,   th u s   in d icatin g   clo ck   r o u tin g   is s u es.  Sp ec if ically ,   f o r   2 2 0   MH o p er ativ f r eq u e n cy ,   an d   s ettin g   th e   E xp lo r er   im p l em en tatio n   s tr ateg y ,   th r esu ltin g   W NS  p ar am eter   v alu wa s   e q u al  to   0 . 0 0 5   n s   an d   0 . 0 0 8   n s   r elativ ely   to   t h en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   s ec tio n s ,   r esp ec tiv ely .   Als o ,   t h en c r y p tio n   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8 7 0 8       Hig h - p erfo r ma n ce   A E S - 1 2 8   a l g o r ith imp leme n ta tio n   b F P GA   ( P a o lo   V is co n ti )   4229   d ec r y p tio n   s ec tio n s   ar r an g e d   i n to   ca s ca d co n f ig u r atio n   w as  test ed   b y   th p o s t - im p lem e n tatio n   s im u latio n .   I n   p ar ticu lar ,   th o cc u p a tio n   o f   th FP GA's  r eso u r ce s   tu r n ed   o u to   b 1 5 L UT s   1 FF s   1 I /O  p o r ts   1 B UFG  b esid es  f u r th er   2 5 ar ea   u tili za tio n   was  o b tain e d   ascr ib ab le  to   th e   I P   C lo ck in g   Wiz a r d   s ec tio n   f o r   g en er atin g   th e   m ain   clo ck   as  s h o wn   i n   Fig u r 6 ( a) ;   also ,   th e   W SN  v alu o f   th e   co m b in ed   s y s tem   was  eq u al   to   0 . 0 5 6   n s   ( d ash e d   b lu b o x   in   Fig u r 6 ( b) ) .   T h to tal - on - ch i p   p o wer ,   d ef in e d   as  th s u m   o f   d ev ice  an d   d esig n   p o wer   co n s u m p tio n s ,   f o r   th e   en cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   s y s tem   ar r an g e d   in to   ca s ca d co n f ig u r atio n ,   is   eq u al  to   1 . 7 6 8   W   ( r ed   d ash e d   b o x   in   Fig u r 6 ( c ) ) ,   with   2 6 . 7   °C   ju n ctio n   tem p er atu r e,   en s u r in g   7 3 . 3   °C   o f   th er m al  m ar g i n ,   p r o v id in g   th d ata  p ac k ets at  ea ch   clo c k   cy c le.       T ab le  1 .   Su m m a r izin g   tab le  w ith   r ep o r te d   u tili za tio n   o f   th FP GA  r eso u r ce s   co r r esp o n d in g   to   th e   e n cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   s ec tio n s   p r o d u ce d   b y   t h p o s t - s y n th esis   s im u latio n s   S i mu l a t i o n   R e s o u r c e   Est i m a t i o n   A v a i l a b l e   U t i l i z a t i o n   [ %]   En c r y p t i o n   s y st e m   LU T   1 5 0 2 9   2 7 4 0 8 0   5 . 4 8   FF   4 2 9 6   5 4 8 1 6 0   0 . 7 8   C LB   1 8 7 9   6 0 0 0 0 0   0 . 3 1   En c r y p t i o n   b l o c k   LU T   1 3 0 4 3   2 7 4 0 8 0   4 . 7 6   FF   3 8 7 7   5 4 8 1 6 0   0 . 7 1   C LB   1 6 3 1   6 0 0 0 0 0   0 . 2 7   D e c r y p t i o n   s y s t e m   LU T   2 9 1 5 6   2 7 4 0 8 0   1 0 . 6 4   FF   4 3 3 9   5 4 8 1 6 0   0 . 7 9   B U F G   1   4 0 4   0 . 2 5   C LB   3 6 4 2   6 0 0 0 0 0   0 . 6 1   D e c r y p t i o n   b l o c k   LU T   2 7 7 1 3   2 7 4 0 8 0   1 0 . 1 1   FF   3 9 1 2   5 4 8 1 6 0   0 . 7 1   B U F G   1   4 0 4   0 . 2 5   C LB   3 4 6 4   6 0 0 0 0 0   0 . 5 8           ( a)             ( b )     ( c)     Fig u r 6 Pictu r es   ca p tu r ed   b y   th P r o ject  Ma n a g er,  af ter   th e   p o s t - imp leme n ta tio n   s im u lati o n ,   em p lo y in g   2 2 0   MH clo c k   f r e q u en c y   an d   E xp lo r e   s tr ateg y   f o r   th im p lem en tatio n :   ( a)   r eso u r ce   u tili za tio n   s ec tio n ,   ( b )   t im in g   s ec tio n ,   an d   ( c)   p o wer   s ec tio n       B y   co m p ar i n g   o u r   s o lu tio n   wi th   an o t h er   p ip elin ed   AE S - 1 2 8   im p lem en tatio n ,   r e p o r te d   in   [ 4 6 ] ,   o n   co m p ar ab le  FP GA  p latf o r m ,   th f ir s s h o ws  a   h ig h er   ef f ic ien cy   ( 8 . 6 3   Mb p s /s lices),   co m p ar ed   to   th latter   ( 2 . 9 9   Mb p s /s lices),   in d icatin g   b etter   ex p lo itatio n   o f   h a r d w ar r eso u r ce s   to   o b tain   g iv en   d ata  th r o u g h p u t.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 1     4 2 2 1   -   4 2 3 2   4230   B esid es,  co n s id er in g   th h ig h - th r o u g h p u AE im p lem en tatio n   r ep o r ted   i n   [ 4 7 ] ,   o u r   e n cr y p tio n   s y s tem   g ets  a   s lig h tly   lo wer   m ax im u m   d ata   th r o u g h p u ( - 5 . 3 %),   b u also   u s es  f ewe r   F PGA ' s   r eso u r ce s   ( n am ely ,   - 3 9 . 7 %),   th u s   r ea ch in g   h ig h er   v al u o f   h a r d war r eso u r ce   u tili za tio n   ef f icien cy   ( +5 6 . 9 %).   B y   co m p ar in g   o u r   en cr y p tio n /d ec r y p tio n   s o lu tio n   with   th im p lem en tatio n   r e p o r ted   i n   [ 4 8 ] ,   o u r   s y s tem   s h o ws  co n s id er ab l y   h ig h er   e f f icien cy   ( 9 2 . 9 %).   Af ter war d s ,   th b its tr ea m   f ile   o f   th d esig n ed   s y s tem ,   co n s is tin g   o f   th en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   s ec ti o n s   ar r an g ed   in to   ca s ca d co n f ig u r atio n ,   was g en er at ed   an d ,   th en ,   lo a d ed   o n   th FP GA - Z C U1 0 2   b o ar d .   I n   th is   way ,   th en c r y p ted   d at p ac k ets,  p r o v id e d   in   o u tp u b y   th e   en cr y p tio n   b lo ck ,   ar i m m ed iately   lo ad e d   b y   th d ec r y p tio n   b lo ck ,   wh i ch   p r o ce s s es  th em   i n   o n ly   ten   clo ck   p e r io d s th wh o le  e n cr y p tio n /d ec r y p tio n   o p er atio n   last s   o n ly   2 0   clo ck   p er io d s .   Als o ,   t h I in teg r a ted   lo g ical   ( I L )   an al y ze r   h as  b ee n   ad d ed   to   th e   B lo ck   Desig n ,   to   m o n ito r   th e   in ter est  s ig n als.  T h s y s tem   wa s   s u cc ess f u lly   test ed   f o r   b o th   t h af o r em en tio n e d   o p er ativ c o n d itio n s ,   n am ely   f u r n is h in g   th p lain te x d ata  p a ck ets  ev er y   4 0 . 8 6   n s   ( i.e .   3 . 1 3   Gb it/s )   an d   e v er y   clo ck   cy cle  ( i.e .   2 8 . 1 6   Gb it/s ) .       4.   CO NCLU SI O N   T h p r o p o s ed   r esear ch   wo r k   p r esen ts   h ig h - s p ee d   an d   lig h tweig h im p lem en ta tio n   o f   AE S - 1 2 8   cy p h er   f o r   5 co m m u n icatio n   s y s tem s ,   o n   Xilin x   Z C U1 0 2   FP GA  p latf o r m .   p ip elin ed   f r am ewo r k   h as   b ee n   em p l o y ed ,   b o th   f o r   th en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   tas k s ,   s o   en ab lin g   th co n tem p o r ar y   elab o r atio n   o f   s ev er al  d ata  p ac k ets  in   th e   s am clo ck   cy cle.   m a x im u m   wo r k in g   f r e q u en c y   o f   2 2 0   M Hz  was  o b tain ed   to   en s u r p o s itiv W NS  v alu in   th p o s t - im p lem e n tatio n   s i m u latio n s ,   th u s   r ea c h in g   2 8 . 1 6   Gb it/s   m ax im u m   d ata  r ate  ( i.e .   220     × 128   ) th en cr y p ti o n   an d   d ec r y p tio n   tim es  last   b o th   ju s ten   clo ck   p er io d s .   So m co n tr o an d   s y n ch r o n i za tio n   s ig n als  h av b ee n   im p lem en ted   to   en s u r th in te r o p er a b ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   en cr y p tio n /d ec r y p ti o n   s ec tio n   with   th o th er   o n es  in clu d ed   in   th co m m u n i ca tio n   s y s tem .   T h h ar d war r eso u r ce s   u s ed   b y   th en cr y p tio n   s y s tem   was  o n ly   1 6 3 1   C L B s ,   as  well  as  t h d ec r y p tio n   o n e   em p lo y s   3 4 6 4   C L B s ,   m ain ly   d u to   th L UT - b ased   I n ve r s Mix C o lu ms   o p er atio n .   T h e   en cr y p tio n   s y s tem   s h o ws  h ig h er   ef f icien cy   ( 8 . 6 3   M b p s /s lices)  co m p ar e d   t o   o th e r   s im ilar   im p lem en tati o n s   p r ese n t   in   th s cien tific   liter atu r e.       RE F E R E NC E S     [1 ]   C.   P a a a n d   J.  P e lzl,   " Th e   Ad v a n c e d   En c ry p ti o n   S tan d a r d   (AES ), "   in   Un d e rs ta n d i n g   Cry p t o g r a p h y T e x tb o o k   fo r   S tu d e n ts  a n d   Pra c ti ti o n e rs S p ri n g e r ,   Be rli n ,   He id e lb e r g ,   2 0 1 0 ,   p p .   8 7 - 1 2 1 ,   d o i 1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 6 4 2 - 0 4 1 0 1 - 3 _ 4 .   [2 ]   L.   Li   a n d   S .   Li ,   " Hig h   t h ro u g h p u AES   e n c ry p t io n /d e c ry p ti o n   wi th   e fficie n re o r d e rin g   a n d   m e rg i n g   tec h n iq u e s, "   2 0 1 7   2 7 t h   In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   Fi e ld   Pr o g r a mm a b le  L o g ic  a n d   Ap p li c a t io n (FP L ) ,   G h e n t,   Be lg iu m ,   2 0 1 7 ,   p p .   1 - 4 ,   d o i:   1 0 . 2 3 9 1 9 / F P L. 2 0 1 7 . 8 0 5 6 8 0 3 .   [3 ]   G .   Ro u v ro y ,   F . - X.  S ta n d a e rt,   J. - J.  Qu isq u a ter,  a n d   J . - D.  Leg a t,   " Eff icie n u se o f   F P G As   fo imp lem e n tatio n o f   DES   a n d   it e x p e rime n tal  li n e a c ry p tan a l y sis,"   IEE T ra n s a c ti o n s   o n   Co mp u ter s ,   v o l.   5 2 ,   n o .   4 ,   p p .   4 7 3 - 4 8 2 ,   Ap r .   2 0 0 3 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 / TC . 2 0 0 3 . 1 1 9 0 5 8 8 .   [4 ]   C.   A.  He n k   a n d   T.  Va n . ,   " RS Ba se d   S y ste m s,"   i n   Fu n d a me n ta ls  o f   Cry p to l o g y :   Pro fes sio n a l   Refe re n c e   a n d   In ter a c ti v e   T u t o ria l S p rin g e r,   B o sto n ,   U S ,   2 0 0 0 ,   v o l.   5 2 8 ,   p p .   1 4 7 - 2 1 1 ,   d o i:   1 0 . 1 0 0 7 /0 - 3 0 6 - 4 7 0 5 3 - 5 _ 9 .   [5 ]   X.  Ji,  K.  Hu a n g ,   L.   Jin ,   H.   Tan g ,   C.   Li u ,   Z.   Zh o n g   e a l ,   " Ov e r v iew   o 5 G   se c u rit y   tec h n o lo g y , "   S c ien c e   Ch in a   In fo rm a t io n   S c ien c e s ,   v o l .   6 1 ,   n o .   8 ,   p p .   1 - 2 6 ,   Ju l.   2 0 1 8 ,   d o i 1 0 . 1 0 0 7 /s1 1 4 3 2 - 0 1 7 - 9 4 2 6 - 4.   [6 ]   A.  G .   S u laim a n   a n d   I .   F .   Als h a ik h li ,   " C o m p a ra ti v e   st u d y   o n   4 G /L TE   c ry p to g ra p h ic  a l g o rit h m b a se d   o n   d iffere n t   fa c to rs,"   In ter n a ti o n a J o u rn a o Co mp u ter   S c ien c e   a n d   T e lec o mm u n ica ti o n s ,   v o l.   5 ,   n o .   7 ,   p p .   7 - 1 0 ,   2 0 1 4 .   [7 ]   H.  Hu a n g ,   J.  Xia ,   a n d   S .   B o u m a iza ,   " No v e l   P a ra ll e l - P r o c e ss in g - Ba se d   Ha rd wa re   Im p lem e n tatio n   o Ba se b a n d   Dig it a l   P re d isto rters   f o Li n e a rizin g   Wi d e b a n d   5 G   Tran sm it ters , "   IEE T ra n s a c ti o n o n   M icr o wa v e   T h e o ry   a n d   T e c h n iq u e s ,   p p .   1 - 1 1 ,   M a y   2 0 2 0 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /T M TT . 2 0 2 0 . 2 9 9 3 2 3 6 .   [8 ]   C.   S h e n ,   D.  Lee ,   C .   Ku ,   M .   Li n ,   K.  L u   a n d   S .   Tan ,   " P r o g ra m m a b le  a n d   F P G A - a c c e ler a ted   G TP   Offlo a d in g   En g i n e   fo M o b il e   E d g e   Co m p u ti n g   i n   5 G   Ne two rk s,"   IEE IN FOCOM   2 0 1 9   -   IEE C o n fer e n c e   o n   Co mp u ter   Co mm u n ica ti o n W o rk sh o p s   (INFOCOM   W KS HPS ) ,   P a ris,   F ra n c e ,   2 0 1 9 ,   p p .   1 0 2 1 - 1 0 2 2 ,     d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /INF COMW . 2 0 1 9 . 8 8 4 5 1 4 3 .   [9 ]   P .   Visc o n ti ,   B .   S b a rro ,   a n d   P .   P ri m ice ri,   " S T   X - Nu c leo - b a se d   tele m e try   u n i f o d e tec ti o n   a n d   Wi F tran sm issio n   o c o m p e ti ti o n   c a se n so rs  d a ta:  firmw a re   d e v e lo p m e n t,   se n so rs  t e stin g   a n d   re a l - ti m e   d a ta  a n a ly sis , "   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o S m a rt S e n sin g   a n d   In t e ll ig e n S y ste m ,   v o l.   1 0 ,   n o .   4 ,   p p .   7 9 3 - 8 2 8 ,   2 0 1 7 ,   d o i 1 0 . 2 1 3 0 7 /i js sis - 2 0 1 8 - 0 1 9 .   [1 0 ]   P .   Visc o n ti ,   B.   S b a rro ,   P .   P rimic e ri,   R.   d e   F a z io ,   a n d   A .   L .   E k u a k il le,  " De sig n   a n d   Tes ti n g   o a   Tele m e try   S y ste m   Ba se d   o n   S TM   X - Nu c leo   B o a rd   f o De tec ti o n   a n d   W irele ss   Tran sm issio n   o S e n s o rs  Da ta  Ap p li e d   to   a   S in g le - S e a F o rm u la  S AE  Ca r, "   I n ter n a ti o n a l   J o u rn a o E lec tro n ic  a n d   T e lec o mm u n ic a ti o n ,   v o l.   6 5 ,   n o .   4 ,   p p .   6 7 1 - 6 7 8 ,   Oc t.   2 0 1 9 ,   d o i:   1 0 . 2 4 4 2 5 /i jet. 2 0 1 9 . 1 3 0 2 4 8 .   [1 1 ]   A.  G o p a lan ,   J.  G a n e sh ,   a n d   M .   S wa th i,   " F P G A - b a se d   M e ss a g e   En c ry p ti o n   a n d   De c ry p ti o n , "   i n   In ter a n ti o n a l   J o u rn a o In n o v a ti v e   T e c h n o lo g y   a n d   Exp lo ri n g   E n g in e e rin g ,   M a y   2 0 1 5 ,   p p .   1 2 2 5 - 1 2 3 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.