Implementace a vyhodnocení efektivity schématu VeraGreg na nízkonákladovém mikrokontroléru

Abstract

Homomorfní šifrování je efektivním způsobem jak zajistit soukromí a zároveň zachovat možnost zpracování dat. Framework VeraGreg, na rozdíl od jiných existujících homomorfních kryptosystémů, umožňuje verifikaci operací, které byly s šifrovými texty provedeny. Tato práce se zabývá implementací frameworku VeraGreg a zhodnocením jeho efektivity v porovnání s naivním schématem založeným na symetrické šifře. Pro implementaci byl zvolen zabezpečený mikrokontrolér CEC1302, v rámci práce byla vytvořena nová knihovna pro aritmetiku velkých čísel a také dosud nepublikovaná implementace Paillierova kryptosystému využívající hardwarový RSA akcelerátor. Framework VeraGreg je v porovnání s naivním schématem 200krát pomalejší a zabírá o třetinu více místa v paměti programu, není tedy vhodnou alternativou k symetrickým kryptosystémům. Na druhou stranu zachovává soukromí uživatele a zároveň umožňuje provádět výpočty se zašifrovanými daty včetně ověření, zda během výpočtu nedošlo k jejich změně.

Homomorphic encryption is an effective way of securing data privacy while maintaining the possibility to process the data. The VeraGreg framework, unlike other existing homomorphic cryptosystem allows for verification of computation that was done with the encrypted data. This work deals with an implementation of the VeraGreg framework and its effectiveness comparison with a na¨ive scheme based on symmetric encryption. Secure microcontroller CE1302 was chosen as the implementation platform. A new library for multiprecision integer arithmetic was created as well as the first published implementation of Paillier cryptosystem using hardware RSA accelerator. The VeraGreg framework is 200 times slower compared to the naive scheme and occupies one third more space in the program memory, so it is not a suitable alternative to symmetric cryptosystems. On the other hand, it provides privacy to the user while allowing computations with the encrypted data, and verifying that is has not been manipulated during the computation.