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.  14 ,   No .   2 J u ly   20 25 ,   p p .   587 ~ 5 9 6   I SS N:  2089 - 4864 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 14 . i 2 . pp 5 8 7 - 596           587       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   FP G A - ba sed  i m p le m e ntatio n of   a   s ubstitu tion bo x   cryp tog ra phic co - pro cess o r f o r hig h - perfor m a nc e a pplica tions       M o ula i K ha t ir  Ah m ed  Na s s i m 1, 2 Z ia ni  Z a k a ry a 2, 3   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   a n d   El e c t r o n i c s,  F a c u l t y   o f   Te c h n o l o g y ,   U n i v e r si t y   o f   Tl e mce n ,   T l e mce n ,   A l g e r i a   2 R e se a r c h   U n i t   f o r   M a t e r i a l a n d   R e n e w a b l e   En e r g i e s (U R M ER ) ,   U n i v e r si t y   o f   T l e mce n ,   T l e mce n ,   A l g e r i a   3 D e p a r t me n t   o f   S c i e n c e s d e   l a   N a t u r e   e t   d e   l a   V i e ,   I n st i t u t e   o f   S c i e n c e s o f   U n i v e r si t y   C e n t e r   o f   S a l h i   A h me d   N a a ma,   N a a ma ,   A l g e r i a          Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 1 ,   2 0 2 5   R ev i s ed   A p r   3 ,   2 0 2 5   A cc ep ted   J u n   1 0 ,   2 0 2 5       T h e   in c re a sin g   d e m a n d   f o re li a b le  c ry p to g ra p h ic  o p e ra ti o n f o se c u rin g   c u rre n sy ste m h a g iv e n   b irt h   to   w e ll - a d v a n c e d   a n d   d e v e lo p e d   h a rd w a re   so lu ti o n s,   i n   t h is  p a p e w e   c o n si d e issu e w it h i n   t h e   trad it io n a s y m m e tri c   a d v a n c e d   e n c ry p ti o n   sta n d a r d   (A ES )   c r y p to g ra p h ic  sy ste m   a m a jo c h a ll e n g e s.  A d d it io n a ll y ,   p ro b lem su c h   a t h ro u g h p u l i m it a ti o n s,  re li a b il it y ,   a n d   u n if ied   k e y   m a n a g e m e n a re   a lso   d isc u ss e d   a n d   tac k led   th ro u g h   a p p ro p riate   h iera rc h ica l   tran sf o rm a ti o n   tec h n i q u e s.  T o   o v e rc o m e   th e se   c h a ll e n g e s,  th is  p a p e p re se n ts  th e   d e sig n   a n d   f ield   p ro g ra m m a b le  g a te   a rra y   ( F P GA ) - b a se d   im p le m e n tatio n   o f   a   c r y p to g ra p h ic  c o p ro c e ss o o p ti m ize d   f o su b stit u ti o n   b o x   ( S - Bo x o p e ra ti o n   w h ich   is  c o n si d e re d   a a   k e y   c o m p o n e n t   in   m a n y   c r y p to g ra p h ic  a lg o rit h m su c h   a A ES .   T h e   a rc h it e c tu re   o f   th e   c o - p ro c e ss o p ro p o se d   in   t h is  a rti c le  is  b a se d   o n   t h e   a d v a n c e d   c h a ra c teristics   o f   F P G A to   a c c e lera te  th e   S - Bo x   tran s f o r m a ti o n ,   im p ro v e   th ro u g h p u a n d   re d u c e   late n c y   c o m p a re d   to   so f twa re   im p le m e n tatio n s.  W e   d isc u ss e d   c a re f u ll y   th e   d e sig n   c o n sid e ra ti o n a lo n g   w it h   re so u rc e   u ti li z a ti o n ,   sp e e d   o p ti m iza ti o n ,   a n d   e n e rg y   e ff ici e n c y .   T h e   o b tai n e d   e x p e rim e n tal  re su lt p re se n sig n if ica n p e r f o r m a n c e   im p ro v e m e n ts,  th e   F P G A - b a se d   im p le m e n tatio n   e n su re d   h ig h e t h ro u g h p u t   a n d   lo w e e x e c u ti o n   ti m e   c o m p a re d   to   trad it io n a c e n tral  p ro c e ss in g   u n it   ( CP U ) - b a se d   m e th o d s.  W e   p re se n ted   in   t h is  w o rk   th e   e ffe c ti v e n e s o f   u sin g   F P GA f o th e   a c c e ler a ti o n   o f   c r y p to g ra p h ic  o p e ra ti o n i n   se c u re   a p p li c a ti o n w h ich   w il t h e re f o re   b e   a   r o b u st  so lu ti o n   f o t h e   n e x g e n e ra ti o n   o f   se c u re   s y st e m s .   K ey w o r d s :   C r y p to s y s te m s   Field   p r o g r am m ab le  g ate  ar r ay   Su b s ti tu t io n   b o x     VHDL   la n g u a g   Xilin x   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 :   Mo u lai  Kh a tir  A h m ed   Nas s i m   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   an d   E lectr o n ic s ,   Facu l t y   o f   T ec h n o lo g y ,   U n iv er s it y   o f   T lem ce n   B P   2 3 0 1 3 0 0 0   C h eto u an e T le m ce n ,   A l g er ia   E m ail:  a h m ed n as s i m . m o u lai k h atir @ u n i v - tle m ce n . d z               1.   I NT RO D UCT I O N   Mo d er n   em b ed d ed   s y s te m s ,   p ar ticu lar l y   th o s u s ed   in   in ter n et  o f   t h i n g s   ( I o T )   a n d   w ir ele s s   co m m u n icatio n ,   r eq u ir h i g h   lev els  o f   s ec u r it y   w h ile  m ai n tai n in g   ef f icie n c y ,   f lex ib ilit y ,   an d   ad ap tab ilit y .   R ec o n f ig u r ab le  p latf o r m s   s u ch   as  f ield   p r o g r am m ab le  g ate  ar r ay s   ( FP GAs)  h av b ec o m es s en tial  in   ad d r ess in g   th e s r eq u ir e m en t s   d u to   th eir   p ar allel  p r o ce s s i n g   ca p ab ilit ies a n d   cu s to m izab l ar ch itect u r es.   Fo r   d ata  s ec u r it y ,   e n cr y p tio n   is   u s ed   to   h id r ea d ab le  in f o r m atio n   ( p lai n te x t)   u s in g   s p ec ialized   alg o r ith m   ( cip h er ) ,   en s u r in g   th a o n l y   au th o r ized   p ar ties   w it h   th c o r r ec k ey   ca n   d ec o d it  [ 1 ] .   T h r esu lt  o f   th i s   p r o ce s s   is   cip h er tex t,  a   s ec u r e   f o r m   o f   d ata.   Dec r y p tio n   r e v er s e s   t h p r o ce s s ,   co n v er ti n g   cip h er tex b ac k   i n to   p lain tex t u s in g   t h ap p r o p r iate   d ec r y p tio n   al g o r ith m   [ 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 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.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   587 - 5 9 6   588   I n itiall y   ap p lied   in   d ef en s an d   g o v er n m en t al  co m m u n icat i o n s ,   en cr y p tio n   n o w   p la y s   cr itical  r o le  in   civ il  ap p licatio n s   to   p r o te ct  b o th   d ata   in   tr an s it  an d   at  r est.  C o n s eq u en tl y ,   in teg r at in g   cr y p to g r ap h ic   m et h o d s   in to   s y s te m   d esi g n   h as  b ec o m e s s e n tial.  Am o n g   th v ar io u s   e n cr y p tio n   al g o r it h m s ,   th e   ad v an ce d   en cr y p tio n   s tan d a r d   ( A E S)  is   o n o f   th m o s t r eliab le  an d   wid el y   ad o p ted   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   E n cr y p tio n   al g o r ith m s   ca n   b class i f ied   in to   t w o   ca te g o r ies:   s y m m etr ic  an d   as y m m et r ic.   W h ile  as y m m etr ic  s y s te m s   o f f er   s tr o n g   s ec u r it y ,   th e y   o f te n   s u f f er   f r o m   h ig h   co m p u tatio n al  co m p lex it y   a n d   r eso u r ce   co n s u m p tio n   [ 5 ] .   T o   m iti g at th ese  d r a w b ac k s ,   lig h t w e ig h as y m m etr ic  m o d els  h a v b ee n   d ev elo p ed   to   r ed u ce   h ar d w ar r eq u ir e m en t s   an d   s i m p li f y   k e y   m an a g e m en [ 6 ] .   T h r ap id   ex p an s io n   o f   co n n ec ted   d ev ice s   an d   I o T   ec o s y s te m s   h as  e x p o s ed   s y s te m s   to   m o r e   v u l n er ab ilit ie s ,   h i g h l ig h ti n g   th u r g en n ee d   f o r   ef f icie n an d   s ec u r h ar d w ar i m p le m en tat io n s .   A E r e m ain s   p r ef er r ed   ch o ice  f o r   w ir ele s s   an d   telec o m m u n icatio n   s y s t e m s   d u to   its   s tr u ct u r ed   k e y   m an a g e m e n t,  s tr o n g   s ec u r it y ,   an d   co m p atib ilit y   with   e f f ic ien h ar d w ar ar ch ite ctu r es  [ 7 ] ,   [ 8 ] .   R ec en s t u d ie s   h a v f o cu s ed   o n   o p tim izin g   A E f o r   b etter   p er f o r m an ce   a n d   r ea l - ti m co m p a tib ilit y .   Fo r   ex a m p le,   S h ah b az an d   Ko   [ 9 ]   p r o p o s ed   ar ch itectu r al  m o d if i ca tio n s   to   i m p r o v th r o u g h p u t,  w h ile  [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ]   f o cu s ed   o n   ar ea   an d   r eso u r ce   ef f icien c y   i n   FP G A - b a s ed   i m p le m e n tatio n s .   A   k e y   co m p u tatio n al  c h alle n g in   A E i s   t h s u b s ti tu t io n   b o x   ( S - B o x ) ,   r esp o n s ib le  f o r   in tr o d u cin g   co n f u s io n   d u r in g   en cr y p tio n .   W h ile  cr u cial  f o r   s ec u r it y ,   th e   S - B o x   is   also   co m p u tatio n all y   i n te n s i v an d   ca n   cr ea te  laten c y   b o ttlen ec k s .   T o   ad d r ess   th is ,   FP GA - b ased   cr y p to g r ap h ic  co - p r o ce s s o r s   h av e m er g ed   as  a   p r o m i s in g   s o l u tio n .   B y   o f f lo a d in g   i n te n s i v tas k s   s u c h   as  S - B o x   co m p u tatio n s ,   th e s co - p r o ce s s o r s   ex p lo it   h ar d w ar p ar allelis m   to   p er f o r m   m u lt ip le  o p e r atio n s   s i m u l ta n eo u s l y   [ 1 2 ] [ 1 4 ] .   I n   t h is   p ap er ,   w p r o p o s cr y p to g r ap h ic  co - p r o ce s s o r   i m p l e m en ted   o n   Sp ar tan   FP GA ,   o p tim ized   f o r   r ea l - ti m A E en cr y p ti o n .   T h d esig n   lev er a g es  p ip elin i n g   an d   p ar allelis m   to   ac ce ler ate  S - B o x   co m p u tatio n s ,   r ed u ce   late n c y ,   an d   en h a n ce   o v er all  t h r o u g h p u t.  I also   s u p p o r ts   s ca lab ilit y   a n d   ad ap tatio n   f o r   f u tu r cr y p to g r ap h ic  n ee d s .   T h r est  o f   th p ap er   is   s tr u ct u r ed   as  f o llo w s s ec tio n   2   p r esen t s   r elate d   w o r k s ec tio n   3   d etails  th e   p r o p o s ed   ar ch itectu r an d   m et h o d o lo g y s ec tio n   4   d is cu s s e s   i m p le m en ta tio n   an d   p er f o r m a n ce   ev al u atio n a n d   s ec tio n   5   co n cl u d es th p ap er   an d   o u tli n es p o ten tia l f u t u r w o r k .       2.   B ACK G RO UND  AN RE L AT E WO RK   T h g r o w i n g   d e m an d   f o r   s ec u r an d   ef f icien e n cr y p tio n   i n   m o d er n   e m b ed d ed   s y s te m s   h a s   led   to   th d ev elo p m en o f   s p ec ialized   h a r d w ar s o lu tio n s .   C r y p to g r ap h ic  c o p r o ce s s o r s   ar d ed icate d   h ar d w ar m o d u le s   th at  ac ce ler ate  o p er atio n s   s u c h   as   en cr y p tio n ,   d ec r y p tio n ,   an d   k e y   m a n ag e m e n b y   o f f l o ad in g   t h ese   tas k s   f r o m   t h m ai n   p r o ce s s o r .   T h is   r ed u ce s   p r o ce s s in g   o v er h ea d   an d   i m p r o v es  s y s te m   r esp o n s i v e n ess ,   m a k in g   th e m   s u i tab le  f o r   r ea l - ti m a n d   r eso u r ce - co n s tr ai n ed   en v ir o n m e n t s .   On o f   t h m o s cr i tical  co m p o n en ts   in   en cr y p tio n   a lg o r it h m s ,   p ar ticu lar l y   A E S,  i s   t h e   S - B o x .   I in tr o d u ce s   n o n - li n ea r it y   a n d   co n f u s io n   i n   t h tr an s f o r m atio n   o f   p lai n te x to   cip h er tex t.  Ho w e v er ,   d u to   it s   co m p u tatio n al  i n te n s it y ,   t h e   S - B o x   is   o f ten   p er f o r m an ce   b o ttlen ec k ,   esp ec ial l y   in   s o f t w ar e - b ased     s y s te m s   [ 1 5 ] .   T o   ad d r ess   th i s   is s u e,   s e v er al  s tu d ie s   h a v f o cu s ed   o n   h ar d w ar e - b ased   S - B o x   i m p le m en t atio n s   u s in g   FP GAs.  T ec h n iq u es  s u ch   as  p ip elin in g ,   p ar allel  p r o c ess i n g ,   lo o k u p   tab les  ( L U T s ) ,   an d   d y n a m ic   r ec o n f i g u r atio n   h a v b ee n   e m p lo y ed   to   o p ti m ize  s p ee d ,   r ed u ce   ar ea ,   an d   en h an ce   f le x ib i lit y   [ 9 ] [ 1 1 ] ,   [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .   T h ese  ap p r o ac h es  s i g n if ican tl y   r ed u ce   laten c y   a n d   i m p r o v s ec u r it y   b y   e x ec u ti n g   tr an s f o r m atio n s   in   a   co n s ta n t ti m e,   th u s   al s o   m iti g a tin g   ti m in g   attac k s .   FP GAs  ar i d ea p latf o r m s   f o r   im p le m e n ti n g   cr y p to g r ap h ic  ac ce ler ato r s   d u to   th eir   p ar allelis m ,   r ec o n f i g u r ab ilit y ,   an d   ef f icie n c y .   P r io r   w o r k   in cl u d es  t h d ev elo p m en o f   A E ac ce ler ato r s   o p tim ized   f o r   th r o u g h p u an d   ar ea   [ 1 2 ] [ 1 4 ] ,   w it h   s o m i m p le m e n tatio n s   also   s u p p o r tin g   in v er s tr an s f o r m atio n s   f o r   d ec r y p tio n   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .   Desp ite   th ese  ef f o r ts ,   m a n y   d esi g n s   s t ill  s tr u g g le  to   b alan ce   r eso u r ce   u s ag e,   s p ee d ,   an d   s ca lab ilit y .   Mo r eo v er ,   f e w   ar c h itect u r es o f f er   u n if ied   s u p p o r t   f o r   b o th   en cr y p tio n   a n d   d ec r y p t io n   u s i n g   s h ar ed   h ar d w ar r eso u r ce s .   Mo ti v atio n   f o r   t h is   w o r k   t o   o v er co m t h ese   li m itatio n s ,   t h i s   w o r k   p r o p o s es  an   FP G A - b a s ed   A E S   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r   th at:       I m p le m e n ts   b o th   e n cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n ,     Op ti m ize s   S - B o x   a n d   I n v - S - B o x   u s i n g   p r ec o m p u ted   L UT s ,     Use   d y n a m ic  co n tr o m ec h a n is m   to   s w i tch   b et w ee n   m o d es ,     L e v er ag es  Sp ar tan - 6   FP GA   r e s o u r ce s   e f f ic ien t l y .   T h n ex t sectio n   p r esen t s   th d etailed   m e th o d o lo g y   o f   th d esig n   an d   i m p le m en tat io n   p r o ce s s .       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       F P GA - b a s ed   imp leme n ta tio n   o f a   s u b s titu tio n   b o cryp to g r a p h ic     ( Mo u la i Kh a tir   A h med   N a s s im )   589   3.   M E T H O D   T h is   s ec tio n   p r esen t s   t h m et h o d o lo g ical  f r a m e w o r k   u s ed   to   d esig n ,   i m p le m e n t,  a n d   ev alu ate  t h e   p r o p o s ed   FP GA - b ased   cr y p t o g r ap h ic  co p r o ce s s o r .   I t   in clu d es  d escr ip tio n   o f   th s y s te m   ar ch itec tu r e,   h ar d w ar to o ls   an d   p lat f o r m s ,   ex p er i m e n tal  s et u p ,   an d   f u n cti o n al  v alid atio n   th r o u g h   s i m u la tio n .       3 . 1 .   Sy s t em   ove rv iew   T h p r o p o s ed   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r   is   d esig n ed   to   ac ce ler ate  A E en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   o p er atio n s   b y   o p ti m izi n g   t h e   ex ec u tio n   o f   th e   S - B o x ,   c o r n o n - l in ea r   tr a n s f o r m atio n   w i th i n   A E S.  T h e   co p r o ce s s o r   aim s   to   ad d r ess   p er f o r m an ce   b o ttlen ec k s   f o u n d   i n   s o f t w ar i m p le m e n tat io n s   b y   le v er ag i n g   h ar d w ar p ar allelis m   a n d   p ip e lin i n g   tec h n iq u e s   o n   an   FP G A   p lat f o r m .   T h s y s te m   tar g et s   h i g h - s p ee d   s ec u r e   ap p licatio n s   in   e m b ed d ed   an d   I o T   s y s te m s ,   w h er lo w   late n c y   a n d   r eso u r ce   ef f icie n c y   ar cr u cial.   I s u p p o r ts   b o th   en cr y p tio n   a n d   d ec r y p t io n   p r o ce s s es  an d   is   s ca lab l f o r   in teg r atio n   in to   m o r e   co m p le x   s ec u r i t y   ar ch itect u r es.     3 . 2 .   Arc hite ct ure  d escript io n   T h ar ch itectu r o f   t h co p r o ce s s o r   s h o w n   in   Fi g u r e   i s   m o d u lar   an d   co n s is ts   o f   t h f o llo w i n g   co r co m p o n e n t s :   a.   I n p u r e g is ter :   t h e   i n p u r e g is ter   p la y s   a   v ital  r o le  i n   r ec ei v in g   d ata   an d   co n tr o s i g n als   f r o m   ex ter n a l   s o u r ce s .   I t a ct s   a s   te m p o r ar y   s to r ag u n it b e f o r p r o ce s s in g   b eg i n s ,   en s u r in g   p r o p er   d a ta  alig n m en t.  T h is   m o d u le  i s   s y n ch r o n ized   w it h   t h clo ck   s i g n a to   m an a g t h ti m i n g   o f   o p er atio n s   a n d   is   r es et  as  n ec ess ar y   to   m a in ta in   s y s te m   s tab ilit y   an d   av o id   er r o n eo u s   d ata  p r o p ag atio n .   b.   1 6 ×1 6   r eg is ter   f ile:  t h e   1 6 ×1 6   r eg is ter   f i le  s er v e s   as   th e   p r i m ar y   m e m o r y   s to r a g f o r   cr y p to g r ap h i c   o p er atio n s .   I p r o v id es  s tr u ct u r ed   r eg is ter   m atr i x   th a f ac i li tates  ef f ic ien d ata  m a n ip u lat i o n .   R a,   R b ,   an d   R d   ad d r ess   en tr ies  allo w   s ele ctiv ac ce s s   to   s p ec if ic  r eg i s t er s ,   en s u r i n g   f lex ib ilit y   i n   d ata  r etr iev al  an d   s to r ag e.   T h is   m o d u le  in ter ac t s   w it h   b o th   th e   in p u r e g is ter   an d   t h co m b i n atio n al  lo g ic  b lo ck ,   en ab li n g   tr an s p ar en t d ata  f lo w   a n d   o p tim ized   ex ec u tio n .   c.   C o m b i n atio n al   lo g ic  b lo ck :   th co m b in ato r ial  lo g ic  b l o ck   is   r esp o n s ib le  f o r   ex ec u ti n g   t h m ai n   cr y p to g r ap h ic   tr an s f o r m atio n s ,   in teg r at in g   m u ltip le  p r o ce s s i n g   u n its   to   en s u r e f f ic ien d at m an ip u latio n .   As  s h o w n   in   th F ig u r e   2 ,   th i s   b lo ck   i n clu d e s   n o n li n ea r   s ea r ch   o p er atio n   u n it,  a n   ar ith m etic  lo g ic  u n i t   ( AL U) ,   an d   s h if ter ,   all  o f   w h ich   co n tr ib u te  to   d if f er e n t a s p e cts o f   cr y p to g r ap h ic  p r o ce s s i n g   as  f o llo w s :     N o n li n ea r   lo o k u p   o p er atio n   u n it   i s   p r i m ar il y   u s ed   f o r   s u b s titu tio n   f u n ctio n s ,   s u ch   as  S - B o x   tr an s f o r m atio n s   i n   A E S,  en s u r in g   n o n l in ea r it y   a n d   r esis ta n ce   to   cr y p ta n a l y t ic  attac k s .     AL U   p er f o r m s   es s en tial  ar it h m e tic  an d   lo g ic  o p er atio n s ,   in clu d i n g   m o d u lar   ar it h m e tic  cr u cial  f o r   en cr y p tio n   al g o r ith m s .     S h i f ter   f ac ilit ate s   b it w is tr a n s f o r m atio n s ,   i m p r o v in g   d at d eliv er y   an d   s tr e n g th e n i n g   cr y p to g r ap h ic   s ec u r it y .   T h f in al  o u tp u t o f   t h ese  u n its   is   s elec ted   v ia  m u ltip le x er   ( MU X) .     MU X   to   d eter m i n t h p r o ce s s ed   r esu lt  b ased   o n   co n tr o s i g n al s .   T h is   s tr u ctu r ed   d esig n   o p tim izes  s p ee d   an d   ef f ic ien c y ,   en s u r i n g   th a th co m b in atio n al  lo g ic  b lo ck   m ee ts   t h h i g h - p er f o r m a n ce   r eq u ir e m e n ts   o f   cr y p to g r ap h ic  o p er atio n s .   T h ar ch itectu r is   d esi g n ed   to   s u p p o r p ar allel  ex ec u tio n   o f   S - B o x   o p er atio n s   an d   i n cl u d es  d y n a m i c   co n tr o l lo g ic  to   to g g le  b et w ee n   en cr y p t io n   an d   d ec r y p tio n   m o d es.               Fig u r 1 .   A r ch itectu r o f   t h c r y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r   Fig u r 2 .   A r ch itectu r o f   t h c o m b i n atio n al  lo g ic  b lo ck       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 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.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   587 - 5 9 6   590   3 . 3 .     F ield pro g r a m m a ble g a t a rr a y   pla t f o rm   a nd   t o o ls   T h d esig n   a n d   i m p le m e n tatio n   o f   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r   n ee d s   s tr u ct u r ed   ap p r o ac h   en s u r in g   ef f icien c y   a n d   h ar d w ar o p tim izatio n .   Har d w ar d escr ip tio n   lan g u a g es  ( HD L )   s u ch   a s   v er y   h i g h   s p ee d   in te g r ated   cir cu it  h ar d w ar d escr ip tio n   lan g u ag ( VHD L )   an d   v er ilo g   ar e   n e w   ess e n tial  to o ls   f o r   th e   m o d eli n g   an d   s y n th e s is   o f   cu r r en t d ig ital c ir c u its ,   allo w i n g   v er y   p r ec is co n tr o l o f   h ar d w a r e   f u n ctio n al ities .   I n   th co n te x o f   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r s ,   VHDL   f ac i li tates  th d e v elo p m e n o f   k e y   f u n ctio n al   u n i ts   s u c h   as  AL U s ,   n o n l in ea r   L UT s   (S - B o x es),   s h i f ter s ,   an d   co n tr o lo g ic  b lo ck s .   B y   le v er ag in g   HD L - b ased   d esig n   m e th o d o lo g ies,  e n g i n e er s   ca n   e f f ec tiv e l y   i m p le m e n t   p ar allelis m ,   p ip eli n e,   an d   r es o u r ce   o p ti m izatio n   tech n iq u es  to   i m p r o v cr y p t o g r ap h ic  p er f o r m an ce .   T h ese   lan g u a g es  o f f er   en g i n ee r s   t h s i m u latio n   a n d   i m p le m en ta tio n   o f   co m p le x   d i g ital s y s te m s   [ 2 0 ] .   Fo r   th i m p le m e n tatio n ,   th e   Mi m a s   V2   Sp ar tan - 6   FP GA   w a s   s elec ted   as  th tar g e h ar d w ar e   p latf o r m .   T h is   FP G A   s h o w n   i n   Fi g u r 3   o f f er s   a   b alan ce   o f   p er f o r m an ce ,   f le x ib ilit y ,   a n d   co s ef f ec ti v e n ess ,   ma k in g   it  s u itab le  f o r   cr y p to g r ap h ic  ap p licatio n s .   T h Sp ar tan - 6   ar ch i tectu r p r o v i d es  n u m er o u s   lo g i c   r eso u r ce s ,   d ig ital  s i g n al  p r o ce s s i n g   ( DSP )   b lo ck s   an d   m e m o r y   u n its ,   en ab li n g   e f f i cien ex ec u tio n   o f   cr y p to g r ap h ic  o p er atio n s .   A d d itio n all y ,   it s   h ig h - s p ee d   p r o c ess i n g   ca p ab ilit y   an d   r ec o n f i g u r ab ilit y   m a k it  a n   id ea l c h o ice  f o r   r ea l - ti m en cr y p t io n   an d   s ec u r it y   ap p licatio n s .           Fig u r 3 .   Mi m as V2   Sp ar tan - 6   FP GA   d ev elo p m e n t b o ar d   [ 2 1 ]       B y   in te g r ati n g   HD L - b ased   d esig n   m et h o d o lo g ies  w it h   t h Mi m a s   V2   Sp ar tan - 6   FP G A ,   th is   w o r k   ai m s   to   d ev elo p   cr y p to g r a p h ic  co p r o ce s s o r   th at  m a x i m izes  p r o ce s s i n g   ef f icie n c y ,   m in i m izes   ex ec u tio n   ti m e,   a n d   o p ti m ize s   h ar d w ar u tili za t io n ,   t h er eb y   e n s u r in g   a   s ec u r a n d   s ca lab le  cr y p to g r ap h ic  s o l u tio n   [ 2 2 ] .   T h m a in   d e v elo p m e n e n v ir o n m e n u s ed   to   i m p le m e n o u r   co p r o ce s s o r   is   Xili n x   I SE  Desig n   Su i te.   I is   a   s o f t w ar t h at  p r o v id es  co m p r eh en s i v s u ite  o f   to o ls   f o r   d e s ig n in g ,   s i m u lati n g ,   an d   i m p le m en t in g   VH D L   FP GAs,  m a k in g   it a n   id ea l so l u tio n   f o r   d ev elo p in g   h ar d w ar e - ac ce ler ated   cr y p to g r ap h ic  ar c h itect u r es.   Xilin x   I SE  w as  u s ed   f o r   co d in g ,   d eb u g g i n g ,   an d   s y n th e s is   o f   t h VH DL - b ased   cr y p to g r ap h ic   co p r o ce s s o r .   T h s o f t w ar e's  in teg r ated   s i m u latio n   en v ir o n m e n en ab led   r ig o r o u s   test i n g   an d   v alid atio n   o f   k e y   f u n ctio n al  u n it s ,   s u ch   a s   th AL U,   S - B o x   ca lc u latio n s ,   an d   co n tr o lo g ic  b lo c k s .   A d d itio n al l y ,   t h e     p lace - an d - r o u te  ( P A R )   to o was  u s ed   to   o p ti m ize  r eso u r ce   allo ca tio n   an d   en s u r ef f icie n u s o f   t h FP G A   lo g ic  ele m e n t s   [ 2 3 ] .   B y   lev er a g i n g   Xili n x   I SE,   th d esig n   p r o ce s s   w as  s tr ea m l in ed ,   en ab lin g   ef f icie n v er if i ca tio n   an d   i m p le m en ta tio n   o f   th cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r   o n   th Mi m as  V2   Sp ar tan - 6   FP GA .   T h is   ap p r o ac h   en s u r ed   b alan ce   b et w ee n   p er f o r m a n ce ,   r eso u r ce   u tili za tio n   an d   r ea l - ti m p r o ce s s i n g   ca p ab ilit ie s ,   m a k i n g   it  s u itab le  f o r   h i g h - s ec u r it y   ap p licatio n s .   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       F P GA - b a s ed   imp leme n ta tio n   o f a   s u b s titu tio n   b o cryp to g r a p h ic     ( Mo u la i Kh a tir   A h med   N a s s im )   591   3 . 4 .   E x peri m ent a s et up   a n d   perf o r m a nce  ev a lua t io n   T h VHDL   p r o g r a m   i m p le m e n ti n g   t h co m b i n ato r ial  lo g ic  u n i o f   o u r   co p r o ce s s o r   is   r esp o n s ib le  f o r   ex ec u t in g   t h e s s e n tial  cr y p to g r ap h ic  o p er atio n s .   I in te g r at es  an   AL U,   s h i f ter   an d   n o n li n ea r   s ea r ch   u n i t,  w it h   co n tr o l lo g ic  m ec h an i s m   th a t d y n a m ica ll y   s elec ts   t h e   ap p r o p r iate  ca lcu latio n .   T h en tit y   in cl u d es:   i)   A _ B U ( 1 6 - b it  in p u t) t h f ir s d ata  in p u b u s ii)  B _ B US  ( 1 6 - b it  i n p u t) t h e   s ec o n d   d ata  i n p u b u s ;   iii)  C T R L   ( 4 - b it  i n p u t) :   t h e   co n tr o s ig n a t h at  s elec ts   th e   o p er atio n a n d   iv )   R E S UL T   ( 1 6 - b it o u tp u t) t h co m p u ted   r esu lt b ased   o n   s elec ted   o p er atio n s .   T h is   en tit y   ac ts   a s   ce n tr al   p r o ce s s in g   u n it  ( C P U)   w ith in   t h cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r .   T h b eh av io r al  ar ch itect u r co n s is t s   as d escr ib ed   in   Fi g u r e   o f   t h r ee   m ai n   ele m en t s :   a.   A r it h m etic  lo g ic  u n it   T h p r o g r am   i m p le m e n t s   1 6 - b it  AL ca p ab le  o f   p er f o r m i n g   f u n d a m e n tal  ar it h m et ic   an d   lo g ic  o p er atio n s .   T h d esig n   i n cl u d es  an   ad d er ,   b it - lev el  lo g i o p er atio n s   an d   d ata  m an i p u latio n   f u n ctio n s ,   co n tr o lled   b y   4 - b it  AL Uctr s ig n al.   I in te g r ates  ad d itio n ,   s u b tr ac tio n ,   b it w is o p er atio n s   ( A ND,   O R ,   XOR,   an d   NOT ) ,   an d   d ata  tr an s f er   f u n ct io n alit ies .   T h A L s u p p o r ts   ad d itio n   u s i n g   a n   N - b it  ad d er   m o d u le,   as  w ell  as  s u b tr ac tio n ,   w h ich   i s   i m p le m en ted   u s i n g   t w o s   co m p le m e n r ep r esen tatio n   b y   i n v er ti n g   B B US   an d   ad d in g   o n e.   I also   p er f o r m s   b it w i s lo g ical  o p er atio n s ,   in cl u d in g   A ND,   OR ,   X OR ,   an d   NOT ,   w h ich   ar ess en tial  f o r   v ar io u s   co m p u tatio n al  tas k s .   A d d itio n all y ,   th AL ca n   e x ec u te  m o v o p er atio n ,   w h er it  s i m p l y   tr an s f er s   t h e   v alu o f   A B US   to   th o u tp u w it h o u m o d i f icatio n   [ 2 4 ] .   T h co n tr o l   lo g ic   is   im p le m e n ted   u s i n g   ca s s tate m en t ,   w h ic h   ev al u ates  AL Uctr l   an d   s elec ts   th co r r esp o n d in g   o p er atio n   to   b p er f o r m ed   o n   th in p u d ata.   T h r esu lt  o f   th ch o s e n   o p er atio n   is   th en   ass i g n ed   to   th 16 - b it  o u tp u b u s   ( AL UOUT ) ,   m a k i n g   t h AL cr itical  co m p o n en f o r   d ig ital  p r o ce s s in g   an d   FP GA - b ased   ap p licatio n s .   b.   Sh i f ter   T h is   p r o g r am   d ef i n e s   s h i f te r   m o d u le  t h at  p r o ce s s es  1 6 - b it  in p u v ec to r   b ased   o n   4 - b it  c o n tr o s ig n al.   T h en tit y   s h if ter   as  it s   s h o w n   i n   Fi g u r e   5   h as  an   i n p u SHI FT I NP U T ,   co n tr o s ig n al  SHI FT _ C tr l,  an d   an   o u tp u SHI FT OUT .   T h ar ch itect u r u s es  p r o ce s s   b lo ck   to   ch ec k   SHI FT _ C tr an d   ap p ly   d i f f er en t   s h i f t o p er atio n s :     " 1 0 0 0 "   p er f o r m s   a n   8 - b it r i g h t   r o tatio n   ( R OR 8 ) .     " 1 0 0 1 "   p er f o r m s   4 - b it r i g h t r o tatio n   ( R OR 4 ) .     " 1 0 1 0 "   p er f o r m s   a n   8 - b it le f t s h i f t ( S L L 8 ) ,   f i lli n g   w i th   ze r o s .     Oth er   ca s es  s et  th o u tp u t to   z er o .   c.   No n   lin ea r   lo o k u p   T h is   VHD L   p r o g r a m   i m p le m en ts   s u b s tit u tio n   o p er atio n   u s i n g   L UT .   I tak es  an   8 - b i in p u a n d   m ap s   it  to   an   8 - b it  o u tp u u s i n g   p r ed ef in ed   s et  o f   2 5 6   v alu es  s to r ed   in   an   ar r ay .   T h m ap p in g   f o llo w s   n o n - lin ea r   tr an s f o r m a tio n ,   co m m o n l y   u s ed   in   cr y p to g r ap h ic  ap p licatio n s   to   in tr o d u ce   s ec u r it y .   T h in p u is   co n v er ted   i n to   an   i n teg er   in d e x ,   w h ich   r etr iev e s   t h co r r esp o n d in g   v a lu e   f r o m   t h L UT .   T h p r o ce s s   o p er ates   as y n ch r o n o u s l y ,   m ea n in g   t h o u tp u u p d ates  as  s o o n   as  t h e   in p u c h a n g e s ,   w it h o u r eq u ir in g   clo ck   s ig n al.   T h 2 5 6   v alu es  i n   t h S - B o x   s h o w n   o n   Fi g u r 6   ar g en er ated   u s i n g   m a th e m atica tr an s f o r m atio n   t h at   en s u r es n o n - li n ea r it y ,   d if f u s io n ,   an d   r esis ta n ce   to   cr y p tan a l y s is .           Fig u r 4 .   Xilin x   b lo ck   d iag r a m   o f   t h co m b i n atio n al  lo g ic  u n i t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 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.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   587 - 5 9 6   592       Fig u r 5 .   Xilin x   in ter n al  b lo ck   d iag r a m   o f   t h s h i f ter   u n it           Fig u r 6 .   S - B o x   L UT   r ep r esen tatio n       T h p r o ce s s   t y p icall y   f o llo w s   th ese  s tep s :     Mu ltip licat iv in v er s io n   i n   GF ( 2 ⁸)   E ac h   b y te  i n   th r a n g 0   t o   2 5 5   is   co n s id er ed   an   elem en o f   t h f i n ite  f ield   GF ( 2 ⁸) .   T h co r r esp o n d in g   S - B o x   v al u i s   d eter m i n ed   b y   co m p u ti n g   it s   m u ltip licat iv in v er s w it h in   th i s   f ield ,   w it h   t h e   ex ce p tio n   o f   0 ,   w h ic h   r e m ain s   u n ch a n g ed .   T h is   tr an s f o r m ati o n   g u ar an tees  th at  ea ch   v a lu is   u n iq u e,   en s u r in g   s tr o n g   cr y p to g r ap h ic  m ap p i n g .     Af f i n tr an s f o r m at io n   Af ter   f in d i n g   t h m u ltip licati v in v er s e,   a n   af f i n tr an s f o r m a tio n   is   ap p lied :     ( ) = . +       w h er e:  x   is   t h 8 - b it  r esu l f r o m   t h p r ev io u s   s tep ,   A   is   a   f ix ed   in v er tib le  m a tr ix   o v er   GF( 2 ) ,   an d   C   is   co n s ta n t v ec to r .   W h en   a n   8 - b it   in p u t i s   p r o v id ed ,   th p r o g r a m   u s e s   it a s   a n   i n d ex   to   ac ce s s   th S - B o x ,   w h ic h   co n tai n s   2 5 6   p r ec o m p u ted   v al u es.  T h in p u b y te  i s   r ep lace d   w i t h   t h co r r esp o n d in g   v al u f r o m   th tab le.   Fo r   ex a m p le,   i f   th in p u is   0 × 53 ,   lo o k in g   u p   th S - B o x   tab le  r etu r n s   0 × ED ,   w h ich   b ec o m es  th n e w   o u tp u t   v alu e.   S i m ilar l y ,   i f   t h in p u t is   0 × 7A ,   th p r o g r a m   w ill r et u r n   0 × 3F   as th o u tp u t.   T h m u ltip licati v in v er s io n   en s u r es  th n o n - l in ea r it y   o f   th tr an s f o r m atio n .   I n   A E S,  ea ch   b y te  is   tr ea ted   as  an   ele m e n o f   t h f i n ite  f ield   G F(2 ⁸) ,   an d   its   i n v er s is   d eter m i n ed   b ased   o n   t h e   r u les  o f   t h is   f ie ld .   Fo r   ex a m p le,   i f   t h i n p u i s   0 × B 4 ,   its   in v er s in   GF( 2 ⁸)   is   0 × 2 D.   Ho w e v er ,   to   av o id   co m p lex   ca lc u lat io n s   i n   r ea l ti m e,   th e s v al u es a r p r ec o m p u ted   an d   s to r ed   in   t h L UT   [ 2 5 ] .   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       F P GA - b a s ed   imp leme n ta tio n   o f a   s u b s titu tio n   b o cryp to g r a p h ic     ( Mo u la i Kh a tir   A h med   N a s s im )   593   On ce   th in v er s io n   is   p er f o r m ed ,   th af f in tr an s f o r m at io n   is   ap p lied .   T h is   in v o lv es  m atr i x   m u ltip licatio n   f o llo w ed   b y   a n   XOR  w it h   co n s tan ( 0 ×6 3 ) .   Fo r   ex am p le,   if   t h in v er s io n   s tep   p r o d u ce s   0 × 2 D,   ap p ly i n g   th af f i n tr an s f o r m a tio n   to   th is   v alu r es u lt s   in   0 × 9 5 .   T h is   s ec o n d   s tep   ad d s   ev en   m o r n o n - lin ea r it y   an d   en s u r e s   th at  e v e n   m in i m al  c h a n g i n   t h in p u t   p r o d u ce s   co m p letel y   d i f f er e n t o u tp u t.   T h VHDL   p r o g r am   ex ec u te s   th is   tr an s f o r m atio n   in s ta n tl y   b y   s to r in g   th r esu l ts   in   L UT .   W h en   an   FP GA   r u n s   t h is   co d e,   it  d ir ec tl y   ac ce s s es  th tab le  i n   s i n g le  o p er atio n   w it h o u t   p er f o r m i n g   a n y   co m p le x     r ea l - ti m ca lcu latio n s .   T h is   s i g n i f ica n tl y   o p ti m ize s   ex ec u tio n   s p ee d ,   m a k i n g   t h i m p le m e n tatio n   e f f icien f o r   r ea l - ti m cr y p to g r ap h ic  ap p lic atio n s .   Usi n g   an   L UT   also   en h an ce s   s ec u r it y   a g ain s ce r tain   attac k s .   Fo r   ex a m p le,   in   s ta n d ar d   s o f t w ar e   i m p le m en ta tio n ,   th ti m r eq u ir ed   to   co m p u te  th i n v er s i n   GF( 2 ⁸)   m a y   v ar y   d ep en d in g   o n   th in p u v al u e,   w h ic h   co u ld   b ex p lo ited   b y   ti m in g   attac k .   Her e,   s in ce   tab le  ac ce s s   o cc u r s   in   co n s ta n ti m e,   th i s   r is k   is   eli m i n ated .   T h is   d esig n   i s   w id el y   u s ed   in   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r s   to   en s u r f a s a n d   ef f icie n e n cr y p t io n .   O n   an   FP G A ,   it  a llo w s   p ar allel  e x ec u tio n   o f   o p er atio n s ,   ac ce ler atin g   t h p r o ce s s i n g   o f   d ata  b l o ck s .   Fo r   ex a m p le,   f u ll  A E en cr y p tio n   p r o ce s s   r eq u ir es  m u ltip le  S - B o x   tr an s f o r m atio n s   p er   1 2 8 - b it  b lo ck ,   an d   w it h   an   L UT ,   th ese  tr a n s f o r m atio n s   ca n   b p er f o r m ed   s i m u lta n eo u s l y   ac r o s s   m u l tip le  p r o ce s s in g   u n it s   w it h i n   th e     FP GA   [ 1 8 ] .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T o   v alid ate  th f u n ct io n alit y   a n d   p er f o r m a n ce   o f   th cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r ,   a   test b en c h   s i m u lat io n   w as  co n d u cted .   T h w av e f o r m   i n   Fi g u r e   7   r ep r esen ts   t h s i m u latio n   r e s u l ts ,   s h o w ca s in g   t h e   b eh av io r   o f   k e y   co n tr o l a n d   d a ta  s ig n als o v er   ti m e.           Fig u r 7 .   T estb en ch   w a v e f o r m   s i m u latio n   o f   t h cr y p to g r ap h ic  co - p r o ce s s o r       T h s ig n a ls   i n cl u d e :   i)   clo ck   ( clo ck ) p er io d ic  s ig n al  t h at  s y n c h r o n ize s   o p er atio n s ii)  r es et  ( r eset) in itial izes  t h s y s te m ;   iii)  co n tr o s i g n a ( ctr l[ 3 :0 ] ) de f in e s   th o p er a tio n   m o d e ;   an d   i v )   r eg is ter   ad d r e s s es   ( r a[ 3 :0 ] ,   r b [ 3 :0 ] ,   r d [ 3 :0 ] ) s elec t r eg is ter s   f o r   p r o ce s s in g .   T h s i m u latio n   w a s   r u n   w it h   clo ck   p er io d   o f   2 0 , 0 0 0   p s   ( 2 0   n s ) ,   ali g n in g   w it h   t y p ical  F P GA   clo c k   f r eq u en c ies.  T h ti m i n g   d iag r a m   ill u s tr ates  h o w   co n tr o an d   d ata  s ig n als  e v o lv o v er   ti m e,   co n f ir m in g   co r r ec d ata  f lo w   a n d   s y n c h r o n izatio n .   Fo r   in s ta n ce ,   at  2 7 5 . 8 3 3   n s ,   th v al u es  o f   r a,   r b ,   an d   r d   in d icate   s u cc e s s f u l   r ea d / w r ite  o p er atio n s ,   d e m o n s tr atin g   co r r ec r eg is ter   s elec tio n   an d   p r o ce s s i n g .   B y   an al y zi n g   t h ese  r es u lt s ,   w e   ca n   ass e s s   t h co r r ec t e x ec u tio n   o f   ar it h m e tic  o p er atio n s ,   S - B o x   tr an s f o r m atio n s ,   an d   d ata   tr an s f er s   w it h i n   th e   FP GA - b ased   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r .   T h ese  s i m u lati o n s   p la y   cr u c ial  r o le  in   v er if y i n g   h ar d w ar e   i m p le m en ta tio n   b ef o r s y n t h e s i s   a n d   d ep lo y m en t o n   an   FP G A   b o ar d .     4 . 1 .     H a rdwa re   i m ple m ent a t io n o f   decr y ptio n   T h FP GA - b ased   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r   d ev elo p e d   in   th is   w o r k   is   d esi g n ed   to   s u p p o r b o th   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   p r o ce s s es.  Sin ce   A E d ec r y p tio n   is   s tr u ct u r all y   s i m ilar   to   e n cr y p t io n   b u r eq u ir es  in v er s tr an s f o r m atio n s ,   t h e   ar ch itect u r o f   t h co p r o ce s s o r   h a s   b ee n   e x te n d ed   to   ef f icie n tl y   h an d le   d ec r y p tio n .   T h m ai n   f o cu s   is   o n   i m p le m e n ti n g   i n v er s e   tr an s f o r m a tio n s   w h ile  m ai n tai n in g   h ig h   p er f o r m an c e   an d   r eso u r ce   ef f icie n c y   o n   FP GA   h ar d w ar [ 1 9 ] .     4 . 2 .     Dec ry pti o m o du le  a rc hite ct ure   T h d ec r y p tio n   m o d u le   is   b u ilt  u p o n   t h s a m h ar d w ar s tr u ct u r u s ed   f o r   en cr y p t io n ,   w it h   ad d itio n al  co m p o n en t s   f o r   h a n d lin g   i n v er s tr an s f o r m atio n s .   T h k e y   ele m en t s   in c lu d e:     I n v er s S - B o x   L UT   ( I n v - S - B o x ) :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 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.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   587 - 5 9 6   594   T h I n v - S - B o x   is   i m p le m e n t ed   as  p r ec o m p u ted   L UT   s im ilar   to   t h e n cr y p tio n   S - B o x   b u w it h   r ev er s ed   m ap p in g s .   I n s tead   o f   ca lcu lati n g   t h m u lt ip licati v in v er s in   G F(2 ⁸)   in   r ea l - ti m e,   th L UT   ap p r o ac h   allo w s   f o r   co n s ta n t - ti m s u b s t itu tio n .     E x a m p le:  i f   en cr y p tio n   m ap s   0 × 5 3   →  0 × E D,   th in v er s S - B o x   en s u r es  0 × E →  0 × 5 3 .   T h L UT   i m p le m en ta tio n   e n s u r es  m in i m al  late n c y   w h ile  m ai n tai n i n g   cr y p to g r ap h ic  s ec u r it y .     I n v er s Mi x C o lu m n s   u n i t:   Sin ce   Mi x C o lu m n s   i n   A E e n cr y p tio n   s p r ea d s   th d i f f u s io n   o f   b it s   ac r o s s   d ata  b lo ck ,   its   i n v er s e   o p er atio n   r esto r es  th o r ig in al  b y te  r elatio n s h ip s   u s i n g   a   d if f er e n m a tr ix   m u ltip licati o n   in   GF( 2 ⁸) .   T h is   o p er atio n   is   co m p u tat io n all y   in ten s iv e,   b u p ar allelize d   o n   th FP G A   to   m i n i m ize  p r o ce s s in g   ti m e.   T h e   in v er s tr an s f o r m a tio n   f o llo w s   d if f er en m atr i x :     [ 0 09 0 0 0 09 0 0 0 09 0 0 0 0 09 0 ]         I n v er s e   k e y   e x p an s io n   m o d u le :   A E d ec r y p tio n   r eq u ir es  t h e   r o u n d   k e y s   to   b ap p lied   in   r ev er s o r d er   co m p ar ed   to   en cr y p tio n .   I n s tead   o f   r ec o m p u ti n g   r o u n d   k e y s ,   th k e y   e x p an s io n   u n it  p r ec o m p u tes  an d   s to r es  th e m   i n   r eg is ter   m e m o r y ,   allo w i n g   f o r   f a s t r etr iev al.     AL a n d   co n tr o l lo g ic :   T h A L U,   r eg is ter   f i le,   an d   co n tr o lo g ic  u s ed   f o r   en cr y p t io n   ar also   u tili ze d   f o r   d ec r y p tio n ,   o p tim izin g   r eso u r ce   allo ca tio n   an d   m in i m iz in g   h ar d w ar o v er h ea d .   T o   d if f er e n tiate  b et w ee n   en cr y p tio n   a n d   d ec r y p tio n   o p er atio n s ,   d ec r y p t io n   en ab le  f la g   ( DE C _ E N )   is   in te g r ated   in to   th co n tr o lo g ic.   T h is   f lag   d eter m in e s   th o p er atio n al  m o d o f   t h s y s te m ,   en s u r i n g   t h at  th ap p r o p r iate  tr an s f o r m atio n s   an d   k e y   s ch ed u lin g   ar ap p lied   b ased   o n   th s elec ted   m o d e.   T h I n v er s S - B o x   ( I n v - S - B o x )   m u s r ep lace   t h s ta n d ar d   S - B o x .   I n s tead   o f   u s i n g   th L UT ,   w h ic h   is   u s ed   f o r   en cr y p tio n ,   w n ee d   p r ec o m p u ted   i n v er s e   L UT   ( I NV_ SB OX)   th at  r ev er s e s   t h s u b s tit u tio n .   B y   m o d i f y i n g   t h in s tr u ctio n   to L UT OUT <= I NV_ SB OX   ( t o _ in teg er ( u n s i g n ed ( L UT I N) ) ) th s y s te m   w il l   r etr iev th co r r ec in v er s s u b s titu t io n   v a lu e,   m ap p in g   ea c h   cip h er te x b y te  b ac k   to   its   o r ig i n al  p lain te x b y te  d u r in g   th I n v S u b B y tes  s te p   o f   A E d ec r y p tio n .   T h is   en s u r es  t h co r r ec r ev er s al  o f   th n o n - li n ea r   tr an s f o r m atio n   ap p lied   d u r in g   en cr y p t io n .   T h Fi g u r 8   s h o w   test b e n ch   f o r   o u r   I n v er s e     S - B o x   VHD L   m o d u le,   w h ic h   test   m u ltip le  i n p u v alu e s   to   v er if y   t h at  t h co r r ec d ec r y p tio n   tr an s f o r m a tio n   is   ap p lied .           Fig u r 8 .   T estb en ch   w a v e f o r m   s i m u latio n   o f   d ec r y p tio n   tr a n s f o r m atio n       4 . 3 .     P er f o rm a nce  e v a lua t io n   Si m u latio n   an d   s y n t h esi s   w er co n d u cted   u s in g   Xili n x   I S E   Desig n   S u ite  tar g eti n g   th Mi m a s   V2   Sp ar tan - 6   FP G A .   T h w a v ef o r m   s i m u latio n s   co n f ir m ed   th e   f u n ctio n al  co r r ec tn es s   o f   th e   AL U,   s h if ter ,   a n d     S - B o x   m o d u les,  i n clu d i n g   th e   co n tr o lo g ic  en ab lin g   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   m o d es.  T h ti m in g   d i ag r a m   d em o n s tr ated   lo w - late n c y   d ata   p r o ce s s in g   w i th   p r o p er   s y n c h r o n izatio n .   Ke y   p er f o r m a n ce   m e tr ics  i n cl u d e :     E x ec u t io n   ti m r ed u ctio n   d u to   p ar allel   S - B o x   co m p u tatio n s ,     E f f icien r eso u r ce   u s ag t h r o u g h   u n if ied   ar ch itect u r f o r   b o th   en cr y p t io n   an d   d ec r y p ti o n ,     Scalab ilit y   a n d   ad ap tab ilit y   f o r   in teg r atio n   in to   lar g er   cr y p to g r ap h ic  s y s te m s .     4 . 4 .     Co m pa ra t iv a na ly s is   C o m p ar ed   to   s i m ilar   w o r k s   [ 9 ] [ 1 1 ] ,   o u r   ar ch itectu r ac h iev es:     L o w er   laten c y   i n   S - B o x   tr an s f o r m at io n   u s i n g   L UT s ,   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       F P GA - b a s ed   imp leme n ta tio n   o f a   s u b s titu tio n   b o cryp to g r a p h ic     ( Mo u la i Kh a tir   A h med   N a s s im )   595     R ed u ce d   h ar d w ar r ed u n d an c y   b y   s h ar in g   AL a n d   r eg is ter   f iles   ac r o s s   e n cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n ,     I m p r o v ed   th r o u g h p u t s u itab le  f o r   h i g h - tr a f f ic  s ec u r s y s te m s .   W h ile  p r ev io u s   w o r k s   h a v f o cu s ed   o n   eit h er   en cr y p tio n   [ 9 ]   o r   ar ea   o p tim izat io n   [ 1 0 ] ,   o u r   d esig n   in te g r ates  b o th   p er f o r m a n ce   an d   f le x ib ilit y .   T h d u al - m o d f u n ctio n al it y   ad d s   v er s atil it y   n o co m m o n l y   ad d r ess ed   in   s in g le - m o d ac ce ler ato r s .     4 . 5 .     I nte rpre t a t io a nd   i m pl ica t io ns   T h ese  r esu lts   d e m o n s tr ate  th a FP GA - b ased   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r s   ca n   s ig n i f ica n tl y   e n h an c e   th p er f o r m a n ce   o f   A E o p e r atio n s   i n   e m b ed d ed   s y s te m s .   B y   r ed u ci n g   laten c y   a n d   o p ti m izi n g   r e s o u r ce   u s a g e,   o u r   i m p le m en ta tio n   is   p ar ticu lar l y   s u ited   f o r   r ea l - ti m an d   p o w er - co n s tr ain ed   ap p licatio n s   s u ch   a s   I o T   n o d es,  s ec u r m o b ile  d e v ice s ,   an d   in d u s tr ial  co n tr o ller s .   Mo r eo v er ,   th u s o f   p r ec o m p u ted   S - B o x   a n d     I n v - S - B o x   en s u r es  co n s ta n t - ti m o p er atio n s ,   w h ic h   en h an ce s   r esis ta n ce   to   ti m i n g   attac k s .   T h is   co n tr ib u tes  to   m o r s ec u r cr y p to g r ap h ic  e x ec u t io n   p ip elin e.     4 . 6 .     F uture   wo rk   Fu t u r r esear ch   d ir ec tio n s   i n cl u d e:     I m p le m e n ti n g   th d esi g n   o n   m o r ad v an ce d   FP GA   p latf o r m s   ( e. g . ,   Z y n q - 7 0 0 0 ,   Vir tex - 7 ) ,     E v alu a tin g   t h p o w er   co n s u m p tio n   an d   th er m al  b eh a v io r   o f   th s y s te m ,     E x ten d i n g   t h ar ch itect u r t o   s u p p o r o th er   cr y p to g r ap h ic  alg o r it h m s   ( e. g . ,   R i v es t - S h a m ir - A d le m a n   ( R S A ) ellip tic  cu r v cr y p to g r ap h y   ( E C C ) ),     I n teg r ati n g   th co p r o ce s s o r   in t o   co m p lete  s ec u r s y s te m - on - ch ip   ( So C )   o r   co m m u n icatio n   s y s te m .   T h is   w o r k   la y s   th f o u n d atio n   f o r   f u r th er   o p ti m izatio n   an d   in teg r at io n   o f   s ec u r h ar d w ar e   m o d u le s   in   m o d er n   e m b ed d ed   p latf o r m s .       5.   CO NCLU SI O N   I n   t h is   p ap er ,   w p r ese n ted   t h d esi g n   an d   FP GA  i m p le m en tatio n   o f   a   cr y p to g r ap h ic  c o p r o ce s s o r   o p tim ized   f o r   S - B o x   tr a n s f o r m atio n s ,   f u n d a m e n tal  o p er atio n   in   A E S e n cr y p tio n   an d   d e cr y p tio n .   L e v er ag in g   th p ar allel  p r o ce s s in g   ca p ab ilit ies  o f   t h Sp ar tan - 6   FP G A ,   o u r   ar ch itectu r s i g n i f ican tl y   r ed u ce s   ex ec u tio n   laten c y   a n d   i m p r o v e s   co m p u ta t io n al  th r o u g h p u t c o m p ar ed   to   tr ad itio n al  s o f t w ar i m p le m e n tatio n s .   T h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   f ea tu r es  u n i f ied   d esig n   s u p p o r tin g   b o th   en cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   m o d e s ,   w ith   s h ar ed   r eso u r ce s   s u c h   as  t h AL an d   co n tr o lo g ic,   w h ic h   m in i m izes  h ar d w ar o v er h ea d .   T h u s o f   p r ec o m p u ted   S - B o x   an d   I n v - S - B o x   L UT s   en s u r es  co n s ta n t - ti m o p er atio n ,   en h a n ci n g   s ec u r it y   ag a in s t   ti m i n g   attac k s .   Si m u latio n   r esu lt s   v alid ate  th co r r ec b eh av io r   o f   th ar ch itectu r e   an d   d em o n s tr at e     h ig h - p er f o r m a n ce   cr y p to g r ap h ic  p r o ce s s in g   s u itab le  f o r   r ea l - ti m ap p licatio n s .   A d d itio n al l y ,   t h s y s te m   h as  b ee n   d esig n ed   w it h   s ca lab ilit y   i n   m i n d ,   m a k in g   it  ad ap tab le  to   o th er   cr y p to g r ap h ic  p r i m iti v es  o r   m o r ad v an ce d   FP GA   p latf o r m s .   T h c o p r o ce s s o r   is   p ar ticu lar l y   w el l - s u ited   f o r   s ec u r e m b ed d ed   ap p licatio n s ,   s u c h   as  I o T   d ev ices,  in d u s tr ial  co n tr o ller s ,   an d   m o b ile  s y s te m s .   F u t u r w o r k   w il f o cu s   o n   i m p r o v in g   p o wer   ef f icien c y ,   e x ten d i n g   co m p atib ilit y   to   o th er   cr y p to g r ap h i alg o r ith m s   ( e. g . ,   R S A   a n d   E C C ) ,   an d   i n teg r ati n g   th co p r o ce s s o r   in to   co m p l ete  s ec u r So C   ar ch itect u r e.         F UNDIN G   I NF O RM AT I O N   T h au th o r s   w o u ld   li k to   t h an k   t h Min is tr y   of   h ig h er   ed u ca tio n   an d   s c ien t if ic  r esea r ch   o f   th e   A l g er ia n   g o v er n m en a n d   th Facu lt y   o f   T ec h n o lo g y T le m ce n   Un i v er s i t y   f o r   p r o v id in g   t h f u n d in g   f o r   th i s   r ese ar ch .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   E.   C .   J a n d   U .   A .   G ,   A n a l y si o f   N e t w o r k   D a t a   E n c r y p t i o n   &   D e c r y p t i o n   T e c h n i q u e s i n   C o mm u n i c a t i o n   S y st e ms,”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   I n n o v a t i v e   Re s e a rc h   i n   S c i e n c e ,   En g i n e e ri n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 7 7 9 7 1 7 8 0 7 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 5 6 8 0 / i j i r se t . 2 0 1 4 . 0 3 1 2 0 0 8 .   [ 2 ]   V .   S h a i k   a n d   N .   K . ,   F l e x i b l e   a n d   c o st - e f f e c t i v e   c r y p t o g r a p h i c   e n c r y p t i o n   a l g o r i t h f o r   se c u r i n g   u n e n c r y p t e d   d a t a b a se   f i l e a t   r e st   a n d   i n   t r a n si t ,   M e t h o d s X ,   v o l .   9 ,   A r t .   n o .   1 0 1 9 2 4 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . me x . 2 0 2 2 . 1 0 1 9 2 4 .   [ 3 ]   A .   C .   H .   C h e n ,   P e r f o r man c e   C o mp a r i so n   o f   V a r i o u s   M o d e o f   A d v a n c e d   En c r y p t i o n   S t a n d a r d ,   a rXi v   p r e p r i n t M a y .   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C S S ES6 2 3 7 3 . 2 0 2 4 . 1 0 5 6 1 3 8 5 .   [ 4 ]   C .   M u ,   A p p l i c a t i o n   o f   o p t i m i z i n g   a d v a n c e d   e n c r y p t i o n   s t a n d a r d   e n c r y p t i o n   a l g o r i t h i n   se c u r e   c o mm u n i c a t i o n   o f   v e h i c l e   c o n t r o l l e r   a r e a   n e t w o r k   b u s,”   Fr o n t i e r s i n   M e c h a n i c a l   En g i n e e r i n g ,   v o l . 1 0 ,   Ju l . 3 1 , 2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 8 9 / f me c h . 2 0 2 4 . 1 4 0 7 6 6 5 .     [ 5 ]   S .   A b i b ,   S é c u r i sa t i o n   d e   d o n n é e sen si b l e à   l a i d e   d a u t o e n c o d e u r   c o n v o l u t i o n n e l   p r o f o n d   p o u r   i mag e s,”   D o c t o ra l   d i s s e rt a t i o n ,   U n i v e rsi t é   d u   Q u é b e c   à   C h i c o u t i m i ,   2 0 2 4 .   [ 6 ]   A .   M a n so u r ,   K .   M .   M a l i k ,   a n d   N .   K a so ,   A M O U N :   A s y mm e t r i c   l i g h t w e i g h t   c r y p t o g r a p h i c   sc h e me   f o r   w i r e l e ss  g r o u p   c o mm u n i c a t i o n ,   C o m p u t e C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   1 6 9 ,   p p .   1 5 4 - 1 6 7 M a r .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o mco m . 2 0 2 1 . 0 1 . 0 1 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 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.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   587 - 5 9 6   596   [ 7 ]   A .   L .   S i r i d h a r a   e t   a l . ,   S e c u r e   Z i g b e e   W i r e l e ss  C o mm u n i c a t i o n   U s i n g   A ES  En c r y p t i o n ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   Ad v a n c e d   Re se a rc h   i n   S c i e n c e ,   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 4 ,   n o .   4 ,   p p .   5 9 2 5 9 8 ,   A p r .   2 0 2 4 .   [ 8 ]   M .   A .   K h a n ,   M .   A si m,  a n d   A .   A .   S h e i k h ,   H a r d w a r e   i mp l e me n t a t i o n   o f   A ES  e n c r y p t i o n   a l g o r i t h o n   F P G A   f o r   5 G   c o mm u n i c a t i o n ,   Mi c ro p r o c e sso rs   a n d   M i c r o s y st e m s ,   v o l .   8 4 ,   2 0 2 1 .   [ 9 ]   K .   S h a h b a z i   a n d   S .   B .   K o ,   H i g h   t h r o u g h p u t   a n d   a r e a - e f f i c i e n t   F P G A   i m p l e me n t a t i o n   o f   A ES  f o r   h i g h - t r a f f i c   a p p l i c a t i o n s,   I ET   C o m p u t e rs   a n d   D i g i t a l   T e c h n i q u e s ,   v o l .   1 4 ,   n o .   6 ,   p p .   3 4 4 3 5 2 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 4 9 / i e t - c d t . 2 0 1 9 . 0 1 7 9 .   [ 1 0 ]   A .   S i d e r i a n d   M .   D a sy g e n i s,  En h a n c i n g   t h e   H a r d w a r e   P i p e l i n i n g   O p t i mi z a t i o n   T e c h n i q u e   o f   t h e   S H A - 3   v i a   F P G A ,   C o m p u t a t i o n ,   v o l .   1 1 ,   n o .   8 ,   p p .   1 1 5 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / c o m p u t a t i o n 1 1 0 8 0 1 5 2 .   [ 1 1 ]   J.  T .   G r y c e l   a n d   R .   J.   W a l l s,  D r a b - L o c u s:   A n   a r e a - e f f i c i e n t   A ES  a r c h i t e c t u r e   f o r   h a r d w a r e   a c c e l e r a t o r   c o - l o c a t i o n   o n   F P G A S ,   i n   Pro c e e d i n g s   -   I EEE   I n t e r n a t i o n a l   S y m p o si u m   o n   C i rc u i t a n d   S y st e m s ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / i sca s 4 5 7 3 1 . 2 0 2 0 . 9 1 8 1 1 8 6 .   [ 1 2 ]   C .   M .   H a r o l d o ,   N .   C .   D a v i d ,   M .   M a d a n i ,   a n d   E.   B .   B o u r e n n a n e ,   F P G A   i mp l e me n t a t i o n   o f   A ES - b a se d   o n   o p t i mi z e d   d y n a m i c   s - b o x ,”   in   Pr o c e e d i n g o f   t h e   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   S e c u ri t y   a n d   C ry p t o g r a p h y ,   p p .   7 3 0 7 3 7 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 5 2 2 0 / 0 0 1 2 7 8 0 3 0 0 0 0 3 7 6 7 .   [ 1 3 ]   T .   M .   K u mar,  K .   S .   R e d d y ,   S .   R i n a l d i ,   B .   D .   P a r a me sh a c h a r i ,   a n d   K .   A r u n a c h a l a m,  A   l o w   a r e a   h i g h   sp e e d   F P G A   i mp l e me n t a t i o n   o f   a e a r c h i t e c t u r e   f o r   c r y p t o g r a p h y   a p p l i c a t i o n ,   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   1 0 ,   n o .   1 6 ,   p p .   1 2 2 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e l e c t r o n i c s 1 0 1 6 2 0 2 3 .   [ 1 4 ]   H .   H a mz a h ,   N .   A h m a d ,   M .   H .   Ja b b a r ,   a n d   C .   F .   S o o n ,   O p t i m i z a t i o n   A ES   S - b o x / I n v   S - b o x   u si n g   F P G A   i mp l e me n t a t i o n ,   J o u rn a l   o f   T e l e c o m m u n i c a t i o n ,   E l e c t r o n i c   a n d   C o m p u t e r   En g i n e e r i n g ,   v o l .   9 ,   n o .   3 8 ,   p p .   1 3 3 1 3 6 ,   2 0 1 7 .   [ 1 5 ]   M .   J .   F l y n n   a n d   W .   L u k ,   Ed u c a t i o n   a n d   T r a i n i n g   f o r   R e c o n f i g u r a b l e   S y st e ms,”   I EEE  T r a n sa c t i o n o n   Ed u c a t i o n ,   v o l .   4 9 ,   n o .   3 ,   p p .   3 2 7 3 3 1 ,   A u g .   2 0 0 6 .   [ 1 6 ]   T .   G o me s,  P .   S o u sa,   M .   S i l v a ,   M .   E k p a n y a p o n g ,   a n d   S .   P i n t o ,   F A C - V :   A n   F P G A - B a se d   A ES C o p r o c e sso r   f o r   R I S C - V ,   J o u rn a l   o f   L o w   P o w e r E l e c t r o n i c a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   4 ,   p p .   1 1 9 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / j l p e a 1 2 0 4 0 0 5 0 .   [ 1 7 ]   H .   K i m,  Y .   C h o i ,   a n d   M .   K i m,  D e si g n   a n d   i m p l e me n t a t i o n   o f   a   c r y p t o   p r o c e sso r   a n d   i t a p p l i c a t i o n   t o   se c u r i t y   sy st e m,”   i n   I n t e r n a t i o n a l   T e c h n i c a l   C o n f e re n c e   o n   C i rc u i t S y st e m s ,   C o m p u t e rs   a n d   C o m m u n i c a t i o n s (I T C - C S C C ) 2 0 0 2 ,   p p .   3 1 5 - 3 1 8   [ 1 8 ]   T .   G o o d   a n d   M .   B e n a i ssa,   A ES  o n   F P G A   f r o t h e   f a st e st   t o   t h e   smal l e st ,”  C ry p t o g ra p h i c   H a r d w a re  a n d   Em b e d d e d   S y st e m -   C H ES   2 0 0 5 ,   7 t h 2 0 0 5 ,   p p .   427 - 440 .     [ 1 9 ]   A .   S a t o h   a n d   S .   M o r i o k a ,   A   c o mp a c t   R i j n d a e l   h a r d w a r e   a r c h i t e c t u r e   w i t h   S - B o x   o p t i m i z a t i o n ,   i n   P ro c e e d i n g s   o f   AS I AC RY PT   2 0 0 1 ,   L e c t u r e   N o t e s i n   C o mp u t e r   S c i e n c e ,   v o l .   2 2 4 8 ,   p p .   2 3 9 2 5 4 d o i 1 0 . 1 0 0 7 / 3 - 540 - 4 5 6 8 2 - 1 _ 1 5   [ 2 0 ]   H .   A n w a r ,   M .   D a n e sh t a l a b ,   M .   E b r a h i mi ,   J.   P l o si l a ,   a n d   H .   T e n h u n e n ,   F P G A   i mp l e me n t a t i o n   o f   A ES - b a se d   c r y p t o   p r o c e sso r ,   i n   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   2 0 1 0   2 0 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   Fi e l d   Pro g r a m m a b l e   L o g i c   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   2 0 1 0 ,   p p .   4 0 0 403 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C EC S . 2 0 1 3 . 6 8 1 5 4 3 1 .   [ 2 1 ]   R .   Jo s h i ,   N .   N a i k ,   N .   K a sh i d ,   S .   W a y k a r ,   a n d   C .   R a n g r a ss,   V H D L   I mp l e me n t a t i o n   o f   1 6 B i t   A L U ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   En g i n e e ri n g   Re s e a rc h   &   T e c h n o l o g y   ( I J ERT) ,   v o l . 2 ,   n o . 4   ( I C O N ET  2 0 1 4 ) ,   p p . 1 4 ,   2 0 1 4 .   [ 2 2 ]   S .   S a ma n t a ,   F P G A   i mp l e m e n t a t i o n   o f   A ES  e n c r y p t i o n   a n d   d e c r y p t i o n ,   D e s i g n   &   Re u se ,   2 0 08 .   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   h t t p s: / / w w w . d e si g n - r e u se . c o m/ a r t i c l e / 5 8 5 9 2 - f p g a - i m p l e me n t a t i o n - of - a e s - e n c r y p t i o n - a n d - d e c r y p t i o n / # : ~ : t e x t = F P G A %2 0 I mp l e me n t a t i o n % 2 0 o f % 2 0 A ES% 2 0 En c r y p t i o n , a n d %2 0 D e c r y p t i o n .   [ 2 3 ]   N .   S .   S .   S r i n i v a s   a n d   M .   A k r a m u d d i n ,   F P G A   b a se d   h a r d w a r e   i mp l e me n t a t i o n   o f   A ES  R i j n d a e l   a l g o r i t h m   f o r   E n c r y p t i o n   a n d   D e c r y p t i o n ,   i n   Pr o c e e d i n g o f   t h e   2 n d   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   N e x t   G e n e r a t i o n   C o m p u t i n g   a n d   C o m m u n i c a t i o n   T e c h n o l o g i e s   ( N G C C T ) ,   2 0 1 6 ,   p p .   1 7 6 9 1 7 7 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C EEO T . 2 0 1 6 . 7 7 5 4 9 9 0 .   [ 2 4 ]   P .   K a d a a n d   N .   D .   P a r mar,  C o mb i n e d   A r c h i t e c t u r e   f o r   A ES  En c r y p t i o n   a n d   D e c r y p t i o n   u s i n g   F P G A ,   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   C o m m u n i c a t i o n   T e c h n o l o g y   ( I C C T ) ,   p p .   1 4 1 8 ,   2 0 1 5 .   [ 2 5 ]   A . K e r b o u c h e ,   H . C h e mal i ,   a n d   M . A y a d ,   F P G A - B a se d   i mp l e me n t a t i o n   o f   b l o c k   c i p h e r   se c u r i t y   u si n g   El e c t r o n i c   C o d e b o o k   mo d e ,   J o u rn a l   o f   El e c t r i c a l   S y st e m s ,   v o l . 2 0 ,   n o . 3 ,   2 0 2 4 ,   p p . 8 4 4 0 8 4 4 7 ,   d o i :   1 0 . 5 2 7 8 3 / j e s.7 8 9 4 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       M o u la K h a tir  A h m e d   N a ss i m           r e c e iv e d   h is  in g e n u it y   d e g re e   in   El e c tro n ics   a t   F a c u lt y   o f   T e c h n o lo g y Un iv e rsity   o f   T l e m c e n A lg e ria,  a n d   h is  M a g ister  a n d   d o c to ra te   i n   M icro El e c tro n ics   a F a c u l ty   o f   T e c h n o lo g y ,   Un iv e rsit y   o f   T le m c e n .   F u ll - ti m e   p ro f e ss o o f   a d v a n c e d   d ig it a e lec tro n ics   (F P GA   a n d   V HD L a n d   e lec t ro n ics   g ra d u a ted   p r o g ra m ,   De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g   a n d   El e c tr o n ics F a c u lt y   o T e c h n o lo g y Un iv e rsit y   of   T le m c e n A lg e ria   a n d   m e m b e o f   th e   Re se a rc h   Un it   f o M a teria ls  a n d   Re n e w a b le  En e rg ies   (URME R),   U n iv e rsity   o f   T le m c e n ,   B P - 1 1 9 ,   T le m c e n   1 3 0 0 0 ,   A lg e ria He   c a n   b e   c o n tac t   a t   e m a il a h m e d d n a ss im . m o u laik h a ti r@u n iv - tl e m c e n . d z .         Z ia n Z a k a r y a           re c e iv e d   h is  in g e n u it y   d e g re e   in   P h y sic s   a F a c u lt y   o f   S c ien c e ,   Un iv e rsit y   o f   T le m c e n ,   A l g e ria ,   a n d   h is   M a g ister  a n d   d o c t o ra te   in   E n e rg y   P h y sic a n d   M a teria ls   a F a c u lt y   o f   S c ien c e Un iv e rsit y   o f   T le m c e n .   F u ll - ti m e   p ro f e ss o in   De p a rtm e n o f   S NV ,   In sti tu te   o f   S c ien c e s,  Un iv e rsit y   Ce n ter  o f   S a lh i   A h m e d   Na a m a ,   BP - 6 6 ,   Na a m a   4 5 0 0 0 ,   A l g e ria M e m b e o f   th e   L a b o ra to ry   f o th e   S u sta i n a b le  M a n a g e m e n o f   Na tu ra Re so u rc e in   A rid   a n d   S e m i - A rid   Zo n e s,  Un iv e rsit y   Ce n ter S a lh A h m e d ,   BP - 6 6 ,   Na a m a   4 5 0 0 0 ,   A lg e ria He   c a n   b e   c o n tac a e m a il z ian i@c u n iv - n a a m a . d z .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.