Today, wireless networks IEEE 802.11 are very popular. Despite their worldwide deployment there is significant problem, as far as the security of the data exchanged through the network, is concerned. Initially, there was only one method defined for the security of information, called WEP (Wired Equivalent Privacy). WEP is based on the RC4 encryption algorithm. It is proven, since 2000, that WEP provides insufficient security and recent research efforts in the direction of a more secure solution have led to IEEE 802.11i standard. A new method, applied in the MAC layer, which provides a higher level of security, is defined in this standard. This method is called CCMP and is based on the AES encryption algorithm (Advanced Encryption Standard). CCMP provides confidentiality, authentication, integrity check and replay protection. It uses AES in the CCM mode of operation. CCM combines the CTR (Counter) and CBC (Cipher Block Chaining) modes of operation, for confidentiality and authentication/integrity, respectively. CCM protects the integrity of plaintext data, as well as selected portions of the IEEE MAC header. CCMP processing uses AES with 128-bit encryption key and 128-bit block size. CCMP extends the original packet size by 16 bytes; 8 bytes for the CCMP header and 8 bytes for the digital signature called MIC (Message Integrity Code). Plaintext data and MIC are encrypted and the original MAC header, as well as the CCMP header is included in the packet before transmission. Various architectures for the implementation of an encryption/decryption system based on CCMP were studied. These architectures have different characteristics concerning area overhead, minimum clock period and overall throughput. Circuits were implemented and verified using Xilinx’s Spartan-3 FPGA technology.
Τα ασύρματα δίκτυα που βασίζονται στο πρότυπο ΙΕΕΕ 802.11 είναι σήμερα από τα πλέον δημοφιλή παγκοσμίως. Παρόλη την ευρεία διάδοσή τους υπάρχει σημαντικό πρόβλημα όσον αφορά την ασφάλεια των δεδομένων που διακινούνται εντός του δικτύου. Αρχικά, στο πρότυπο οριζόταν μία μόνο μέθοδος για την ασφάλεια των πληροφοριών, που ονομάζεται WEP (Wired Equivalent Privacy) και βασίζεται στον αλγόριθμο κρυπτογράφησης RC4. Ήδη από το 2000 το WEP έχει αποδειχθεί ανεπαρκές και οι προσπάθειες για την αύξηση του επιπέδου της ασφάλειας οδήγησαν πρόσφατα στο πρότυπο ΙΕΕΕ 802.11i. Το πρότυπο ορίζει μία νέα μέθοδο, που εγγυάται την ασφάλεια των δεδομένων στο MAC επίπεδο. Ονoμάζεται CCMP και βασίζεται στον αλγόριθμο κρυπτογράφησης AES (Advanced Encryption Standard). Το CCMP παρέχει εμπιστευτικότητα (confidentiality), επικύρωση (authentication), ακεραιότητα (integrity) και προστασία από την επανάληψη πακέτων (replay protection). Βασίζεται στη χρήση του αλγόριθμου κρυπτογράφησης AES σε κατάσταση λειτουργίας CCM. Το CCM συνδυάζει την κατάσταση λειτουργίας CTR (Counter mode) για εμπιστευτικότητα και την CBC (Cipher Block Chaining mode) για επικύρωση και ακεραιότητα. Το CCM προστατεύει την ακεραιότητα τόσο των δεδομένων του πακέτου, όσο και συγκεκριμένων τμημάτων της επικεφαλίδας του πακέτου. Η επεξεργασία που γίνεται στο CCMP από τον αλγόριθμο AES χρησιμοποιεί μέγεθος κλειδιού 128-bit και μέγεθος μπλοκ 128-bit. Μετά την επεξεργασία από το CCMP το μέγεθος του πακέτου έχει επεκταθεί κατά 16 bytes, 8 bytes για την επικεφαλίδα του CCMP και 8 bytes για την ψηφιακή υπογραφή MIC (Message Integrity Code). Τα δεδομένα του πακέτου και το MIC μεταδίδονται κρυπτογραφημένα, αφού προστεθεί η αρχική επικεφαλίδα του πακέτου και η επικεφαλίδα του CCMP. Στα πλαίσια της διπλωματικής μελετήθηκαν διάφορες αρχιτεκτονικές για την υλοποίηση του συστήματος κρυπτογράφησης/αποκρυπτογράφησης σύμφωνα με το CCMP. Οι αρχιτεκτονικές αυτές παρουσιάζουν διαφορετικά χαρακτηριστικά όσον αφορά την επιφάνεια, την ταχύτητα λειτουργίας και το συνολικό throughput. Η υλοποίηση και ο έλεγχος ορθής λειτουργίας των σχεδιασμών έγινε σε τεχνολογία FPGA Spartan-3 της εταιρίας Xilinx.
