Basitleştirilmiş İleri Şifreleme Standardı’nın Verimli Uygulaması ve Yan Kanal Analizi

Lightweight cryptography is gaining momentum as the number of connected Internet of Things (IoT) devices in the world is expected to reach beyond 50 billion by 2030. With all that massive amount of connectivity, the demand for communication security will be higher as well as the edge processing speed. In this thesis, the Simplified AES (S-AES) algorithm, a popular, fast and feasible solution for the security of embedded devices concerning other ultra-lightweight block ciphers is studied. S-AES has been considered as one of the better options in terms of memory usage in microcontrollers, where memory is already in high demand. In this thesis, the S-AES encryption performance was improved by simple, yet efficient techniques applied on the MixColumns layer. STM32F4-DISCOVERY board having an ARM Cortex-M4 embedded processor is used to demonstrate these techniques while relatively comparing them concerning each other to show the performance improvements. Additionally, Altera Cyclone-IV and Xilinx BASYS-3 FPGA demo boards are used to demonstrate the high performance and low-area implementation of this algorithm compared to other lightweight block ciphers. Side-channel security of the implementation techniques was analyzed on STM32F4-DISCOVERY board to prove the implementation is still secure even though the performance is improved. As a conclusion, the embedded software and hardware implementations of S-AES showed that this encryption algorithm can be used in performance-critical areas such as Internet of Things (IoT).Hafif Blok Tipi Şifreleme yöntemleri, Nesnelerin İnterneti cihazlarının sayısının 2030 yılına kadar 50 milyarı aşması beklendiğinden ötürü ivme kazanmaktadır. Bütün bu büyük miktarda bağlantı ile, iletişim güvenliğine olan talep ve uçtan uca işlem hızındaki beklenti daha yüksek olacaktır. Bu tezde, diğer ultra hafif blok tipi şifrelemelere göre gömülü cihazların güvenliği için popüler, hızlı ve uygulanabilir bir çözüm olan Basitleştirilmiş AES (S-AES) algoritması incelenmiştir. Bu tezde S-AES, belleğin zaten yüksek talep gördüğü mikrodenetleyicilerde bellek kullanımı açısından iyi bir seçenek olarak gösterilmiştir. Bununla birlikte, S-AES şifreleme performansı, MixColumns katmanında uygulanan basit ama etkili tekniklerle geliştirilebilmiştir. Bu teknikleri doğrulamak için ARM Cortex-M4 gömülü işlemcisine sahip bir STM32F4-DISCOVERY bordu kullanılırken, performans iyileştirmelerini göstermek için bu katmanda uygulanan teknikler birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Ek olarak, diğer Hafif Blok Şifrelere kıyasla bu algoritmanın donanımda da yüksek performansta çalıştığını ve düşük alan kapladığını göstermek için Altera Cyclone-IV ve Xilinx BASYS-3 demo kartlarında gerçeklenmiştir. Uygulamalarda performans iyileştirmesi olsa bile uygulamanın hala güvenli olduğunu kanıtlamak için STM32F4-DISCOVERY bordu üzerinde çığ etkisi ve yan kanal analizi incelenmiştir. Sonuç olarak, bu tez kapsamında S-AES'in gömülü yazılım ve donanım uygulamaları, bu şifreleme algoritmasının Nesnelerin İnterneti (IoT) gibi performans açısından kritik alanlarda kullanılabileceği gösterilmiştir