Implementação eficiente da Curve25519 para microcontroladores ARM

Orientador: Diego de Freitas AranhaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Com o advento da computação ubíqua, o fenômeno da Internet das Coisas (de Internet of Things) fará que com inúmeros dispositivos conectem-se um com os outros, enquanto trocam dados muitas vezes sensíveis pela sua natureza. Danos irreparáveis podem ser causados caso o sigilo destes seja quebrado. Isso causa preocupações acerca da segurança da comunicação e dos próprios dispositivos, que geralmente têm carência de mecanismos de proteção contra interferências físicas e pouca ou nenhuma medida de segurança. Enquanto desenvolver criptografia segura e eficiente como um meio de prover segurança à informação não é inédito, esse novo ambiente, com uma grande superfície de ataque, tem imposto novos desafios para a engenharia criptográfica. Uma abordagem segura para resolver este problema é utilizar blocos bem conhecidos e profundamente analisados, tal como o protocolo Segurança da Camada de Transporte (de Transport Layer Security, TLS). Na última versão desse padrão, as opções para Criptografia de Curvas Elípticas (de Elliptic Curve Cryptography - ECC) são expandidas para além de parâmetros estabelecidos por governos, tal como a proposta Curve25519 e protocolos criptográficos relacionados. Esse trabalho pesquisa implementações seguras e eficientes de Curve25519 para construir um esquema de troca de chaves em um microcontrolador ARM Cortex-M4, além do esquema de assinatura digital Ed25519 e a proposta de esquema de assinaturas digitais qDSA. Como resultado, operações de desempenho crítico, tal como o multiplicador de 256 bits, foram otimizadas; em particular, aceleração de 50% foi alcançada, impactando o desempenho de protocolos em alto nívelAbstract: With the advent of ubiquitous computing, the Internet of Things will undertake numerous devices connected to each other, while exchanging data often sensitive by nature. Breaching the secrecy of this data may cause irreparable damage. This raises concerns about the security of their communication and the devices themselves, which usually lack tamper resistance mechanisms or physical protection and even low to no security mesures. While developing efficient and secure cryptography as a mean to provide information security services is not a new problem, this new environment, with a wide attack surface, imposes new challenges to cryptographic engineering. A safe approach to solve this problem is reusing well-known and thoroughly analyzed blocks, such as the Transport Layer Security (TLS) protocol. In the last version of this standard, Elliptic Curve Cryptography options were expanded beyond government-backed parameters, such as the Curve25519 proposal and related cryptographic protocols. This work investigates efficient and secure implementations of Curve25519 to build a key exchange protocol on an ARM Cortex-M4 microcontroller, along the related signature scheme Ed25519 and a digital signature scheme proposal called qDSA. As result, performance-critical operations, such as a 256-bit multiplier, are greatly optimized; in this particular case, a 50% speedup is achieved, impacting the performance of higher-level protocolsMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da ComputaçãoCAPESFuncam