شبیه سازی و پیاده سازی نرم افزاری واحد رمزنگار کارا با استفاده از مدل مداری فناوری نوظهور ممریستور جهت ارسال امن داده

در سال های اخیر، داده ها به یکی از ارکان اصلی در سامانه های محاسباتی مدرن تبدیل شده اند و کاربردهایی نظیر هوش مصنوعی و اینترنت اشیا با حجم عظیمی از داده های ورودی و خروجی همراه هستند. افزایش چشمگیر حجم داده ها، چالش هایی همچون افزایش مصرف انرژی و کاهش کارایی ناشی از جابه جایی مداوم داده ها میان واحدهای پردازشی و حافظه را به همراه داشته است. علاوه بر این، انتقال گسترده داده ها میان پردازنده، حافظه و گذرگاه های ارتباطی، مخاطرات امنیتی قابل توجهی ایجاد می کند و احتمال دسترسی غیرمجاز به اطلاعات را افزایش می دهد [۱]. در این میان، معماری پردازش درون حافظه ای مبتنی بر آرایه های ممریستوری به عنوان راهکاری نوین برای کاهش جابه جایی داده ها و بهبود بهره وری انرژی مطرح شده است [۲]. ترکیب این معماری با رمزنگاری سبک وزن، که برای سامانه های با منابع محدود طراحی شده است، می تواند امنیت داده ها را به ویژه در فرآیند تبادل میان واحدهای مختلف تضمین کند. در این مقاله، دو الگوریتم رمزنگاری سبک وزن استاندارد، یعنی Trivium و Grain‑۱۲۸a، برای پیاده سازی در معماری پردازش درون حافظه ای مبتنی بر ممریستور و با استفاده از منطق حالت مند IMP بازطراحی و شبیه سازی شده اند. به منظور بهبود کارایی، یک الگوریتم کارآمد برای انتقال داده ها درون ثبات های انتقالی ارائه شده است که منجر به کاهش پیچیدگی سخت افزاری و تاخیر محاسباتی می شود. نتایج شبیه سازی مداری نشان می دهد که روش پیشنهادی نسبت به طراحی های متداول، کاهش حداکثر ۴۲٪ در تعداد گام های محاسباتی و ۴۴٪ در مصرف انرژی را به همراه دارد. همچنین، به منظور ارزیابی کاربردپذیری سامانه، از واحدهای رمزنگار پیشنهادی در پنهان نگاری تصویر استفاده شده است. نتایج حاصل از ارزیابی نشان می دهد که تصاویر حاصل دارای نسبت سیگنال به نویز پیک (PSNR) بیش از ۶۵ دسی بل در تصاویر استانداردی مانند «قایق» و «برنج» هستند که بیانگر کیفیت بسیار بالا و غیرقابل تشخیص بودن تغییرات برای چشم انسان است.

کلیدواژه ها:

ممریستور ، تولید اعداد تصادفی ، رمزنگار سبک وزن ، منطق حالت مند ایمپلای ، ارتباطات نانو ، پنهان نگاری