پایان نامه پیاده سازی سخت افزاری الگوریتم استاندارد رمزنگاری پیشرفته (AES) در شبکه های مخابراتی WIMAX با استفاده از VHDL
چکیده
واحدهایی که وظیفهی جمعآوری، نگهداری و پردازش اطلاعات جهت تصمیمسازی و سیاست گذاری و در نهایت ایجاد آمادگی برای تصمیمگیری های مهم را برعهده دارند، همواره از نیازهای سیستمهای حکومتی و مدیریتی میباشند. با پیشرفت جوامع بشری خصوصًاً در طی قرون اخیر، شاهد تعدد و تنوع رو به رشد عوامل مؤثر در مدیریت جوامع بودهایم. از این رو کار واحدهای جمع آوری و پردازش اطلاعات گسترده تر شده و تعداد این واحدها نیز افزایش یافته است، به نحوی که ارتباط بین مراکز مدیریتی و واحدهای دارای اطلاعات، به یک بحث عمده تبدیل و عملاً این ارتباطات به صورت شبکهای در آمده است.
حجم بالای بایگانی های کاغذی عامل و انگیزهای موثر در ایجاد بایگانیهای کامپیوتری بود. از سوی دیگر در دهههای آخر قرن بیستم و به لطف پیشرفتهای شایان و بسیار زیاد در عرصهی قطعات، تجهیزات و سیستمهای کامپیوتری، شبکههای کامپیوتری شکل گرفتند و به طور مداوم توسعه یافتند. به جرأت میتوان گفت که اتصال شبکههای داخل شرکتها به یکدیگر، عرضهی اینترنت و ایجاد شبکهی جهانی، نقطهی اوج این انقلاب اطلاعاتی بود. ابداع انواع شبکههای ارتباطی با خطوط سیمی، فیبرهای نوری و سیستمهای رادیویی در مسیر این انقلاب شکل گرفتند.
دسترسی بیسیم باندپهن (BWA) برای چندین سال است که مورد استفادهی اپراتورها و مراکز تجاری قرارگرفته و بیشترین رضایتمندی را برای کاربرانش داشته است . اما استاندارد جدید که توسط IEEE 802.16 انتشار یافته به احتمال زیاد پذیرش استفاده از این تکنولوژی را تسریع خواهد بخشید، وحوزهی استفاده این فنآوری را توسعه خواهد داد.
نکتهی مهم در شبکههای بیسیم، تأمین امنیت این شبکهها میباشد به گونهای که کاربران با اطمینان خاطر به انتقال اطلاعات خود بپردازند. گروه کاری استاندارد IEEE 802.16، برای دوری از اشتباهات طراحی درIEEE 802.11، با ترکیب استانداردهای مختلف، امنیت این سیستمها را تا حدود زیادی تضمین کردهاند.
در این پایاننامه، ابتدا به تعریف شبکههای کامپیوتری پرداخته و در ادامه شبکههای WiMAX و ساختار امنیتی آن را شرح داده میشود. فصل سوم به تعریف کلی از رمزنگاری اختصاص یافته است. در فصل چهارم، الگوریتم رمزنگاری استاندارد پیشرفته را به طور کامل توضیح داده و در فصل پنجم به توصیف حالت عملیاتی CCM و چگونگی پیادهسازی الگوریتم AES-CCM میپردازیم. فصل ششم، نتیجهگیری کلی از کارهای انجام شده و پیشنهاداتی برای بهبود عملکرد این الگوریتم در شبکههای WiMAX را ارائه میکند .
منظور از شبکه کامپیوتری مجموعهای ازکامپیوترهای مستقل است که با یک تکنولوژی واحد به هم متصل شدهاند. دو کامپیوتر وقتی "به هم متصلند" که بتوانند با یکدیگر اطلاعات ردوبدل کنند. الزامی نیست که این اتصال از طریق سیمهای مسی باشد؛ فیبرهای نوری، امواج مایکروویو و مادون قرمز، و ماهوارههای مخابراتی هم میتوانند عامل این ارتباط باشند.
سختافزار شبکه
هیچ طبقهبندی پذیرفته شدهای که دربرگیرنده تمام انواع شبکههای کامپیوتری باشد، وجود ندارد، ولی در این میان میتوان به دو عامل مهم توجه کرد: تکنولوژی انتقال و اندازه شبکه.
امروزه دو تکنولوژی انتقال بیش از همه گسترش یافته و فراگیر هستند:
- ارتباطات پخشی[1]
- ارتباطات همتا به همتا[2]
شبکههای پخشی[3] دارای یک کانال مخابراتی هستند که بین همه کامپیوترها مشترک است.
هر یک از کامپیوترها میتوانند پیامهای خود را در بسته[4]های کوچک مخابره کنند، و تمام کامپیوترهای دیگر این پیامها را دریافت خواهند کرد. آدرس کامپیوتری که این بسته در حقیقت برای وی ارسال شده، در بخشی از پیام نوشته میشود. هر کامپیوتر به محض دریافت بسته، آدرس گیرنده را با آدرس خود مقایسه میکند .اگر پیام برای او باشد، آن را پردازش میکند؛ ولی اگر پیام متعلق به دیگری باشد، به سادگی آن را نادیده میگیرد.
در شبکههای همتا به همتا[5] بین تک تک کامپیوترها مسیر ارتباطی مستقل وجود دارد. البته وقتی یک بسته بخواهد از کامپیوتری به کامپیوتر دیگر برود، احتمالاً سر راه خود از چند ماشین بینابینی نیز عبور خواهد کرد. معمولاً در این قبیل شبکهها مسیرهای متعددی بین دو کامپیوتر خاص میتوان برقرار کرد ،که از نظر طول مسیر با هم تفاوت دارند، و یافتن کوتاهترین مسیر یکی از مسایل مهم در اینگونه شبکههاست. به عنوان یک قاعده کلی (البته با استثناهای متعدد)، شبکههای کوچک، متمرکز و محلی، از نوع پخشی هستند و شبکههای بزرگ و گسترده از نوع همتا به همتا.
روش دیگر طبقهبندی شبکهها اندازه شبکه است. در جدول 1-1، طبقهبندی بر اساس اندازه را مشاهده میکنید.
از آن جایی که در این طبقهبندی، تکنولوژی ارتباطی به فاصله کامپیوترها وابسته است ،فاصله کامپیوترها از یکدیگر در این طبقهبندی بسیار مهم است.
در این فصل هر یک از این شبکهها را به طور مختصر معرفی میکنیم.
شبکه شخصی، یا PAN، شبکهایست که برای ارتباط بین قطعات کامپیوتر مورد استفاده قرار میگیرد. محدوده دسترسی PAN در حدود چند متر است. PANها میتوانند برای ارتباط بین قطعات شخصی یا برای اتصال به شبکه های سطح بالاتر و اینترنت مورد استفاده قرار گیرند.
این شبکهها، با استفاده از باسهای کامپیوتر مانند FireWire ،USB یا به صورت بیسیم ارتباط بین قطعات مختلف دستگاههای نزدیک به شخص (مانند ارتباط بین صفحه کلید و کامپیوتر) را میسر میسازند.
3- 2-1 شبکههای محلی[1]
شبکه محلی، یا LAN، شبکهایست خصوصی در یک ساختمان یا مجتمع، که حداکثر ابعاد آن یکی دو کیلومتر باشد. از این نوع شبکهها معمولاً برای متصل کردن کامپیوترهای یک شرکت و به اشتراک گذاشتن منابع (مانند چاپگر) یا مبادله اطلاعات استفاده میشود. یک شبکه LAN سه مشخصه اصلی دارد، که آن را از سایر انواع شبکه متمایز میکند:
- اندازه این شبکه بسیار محدود است، به گونهای که زمان انتقال سیگنالها در آن (حتی در بدترین شرایط) بسیار کم است و از قبل قابل پیشبینی است.
- تکنولوژی انتقال اطلاعات در LAN از نوع پخشی بوده و معمولاً به کابل متکی است. سرعت انتقال اطلاعات در این شبکهها بین 01 تا 100 Mbps، تأخیر انتشار در آن بسیار کم (در حد میکرو یا نانوثانیه) و خطا در آن بسیار اندک است. LANهای جدیدتر به سرعت 01 Gbps نیز دست یافتهاند .
- توپولوژی[2]: توپولوژیهای مختلفی برای شبکههای محلی پخشی وجود دارد که توپولوژیهای باس و حلقوی دو نمونه از این توپولوژیها میباشند. در یک شبکه باس (شبکه با کابل کشی خطی)، در هر لحظه فقط یکی از کا مپیوترها مجاز به استفاده از خط و ارسال اطلاعات است و تمام ماشینهای دیگر بایستی در این مدت از ارسال هرگونه اطلاعات خودداری کنند. در شبکه حلقوی، هربیت اطلاعات به صورت مستقل منتشر میشود .