پایان نامه پیاده سازی سخت افزاری الگوریتم استاندارد رمزنگاری پیشرفته (AES) در شبکه های مخابراتی WIMAX با استفاده از VHDL

پایان نامه پیاده سازی سخت افزاری الگوریتم استاندارد رمزنگاری پیشرفته (AES) در شبکه های مخابراتی WIMAX با استفاده از VHDL

چکیده

واحدهایی كه 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 حكومتی 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 كار واحدهای جمع آوری و پردازش اطلاعات گسترده تر شده و تعداد این واحدها نیز افزایش یافته است، به نحوی كه ارتباط بین مراكز مدیریتی و واحدهای دارای اطلاعات، به یك بحث عمده تبدیل و عملاً این ارتباطات به صورت شبكهای در آمده است.  

حجم بالای بایگانی های كاغذی عامل و انگیزهای موثر در ایجاد بایگانیهای كامپیوتری بود. از سوی دیگر در دهههای آخر قرن بیستم و به لطف پیشرفتهای شایان و بسیار زیاد در عرصهی قطعات، تجهیزات و سیستمهای كامپیوتری، شبكههای كامپیوتری شكل گرفتند و به طور مداوم توسعه یافتند. به جرأت میتوان گفت كه اتصال شبكههای داخل شركتها به یكدیگر، عرضهی اینترنت و ایجاد شبكهی جهانی، نقطهی اوج این انقلاب اطلاعاتی بود. ابداع انواع شبكههای ارتباطی با خطوط سیمی، فیبرهای نوری و سیستمهای رادیویی در مسیر این انقلاب شكل گرفتند.  

دسترسی بیسیم باندپهن (BWA) برای چندین سال است كه مورد استفادهی اپراتورها و مراكز تجاری قرارگرفته و بیشترین رضایتمندی را برای كاربرانش داشته است . اما استاندارد جدید كه توسط IEEE 802.16 انتشار یافته به احتمال زیاد پذیرش استفاده از این تكنولوژی را تسریع خواهد بخشید، وحوزهی استفاده این فنآوری را توسعه خواهد داد. 

نكتهی مهم در شبكههای بیسیم، تأمین امنیت این شبكهها میباشد به گونهای كه كاربران با اطمینان خاطر به انتقال اطلاعات خود بپردازند. گروه كاری استاندارد IEEE 802.16، برای دوری از اشتباهات طراحی درIEEE 802.11، با تركیب استانداردهای مختلف، امنیت این سیستمها را تا حدود زیادی تضمین كردهاند. 

در این پایاننامه، ابتدا به تعریف شبكههای كامپیوتری پرداخته و در ادامه شبكههای WiMAX و ساختار امنیتی آن را شرح داده میشود. فصل سوم به تعریف كلی از رمزنگاری اختصاص یافته است. در فصل چهارم، الگوریتم رمزنگاری استاندارد پیشرفته را به طور كامل توضیح داده و در فصل پنجم به توصیف حالت عملیاتی CCM و چگونگی پیادهسازی الگوریتم AES-CCM میپردازیم. فصل ششم، نتیجهگیری كلی از كارهای انجام شده و پیشنهاداتی برای بهبود عملكرد این الگوریتم در شبكههای WiMAX را ارائه میكند . 

منظور از شبكه كامپیوتری مجموعهای ازكامپیوترهای مستقل است كه با یك تكنولوژی واحد به هم متصل شدهاند. دو كامپیوتر وقتی "به هم متصلند" كه بتوانند با یكدیگر اطلاعات ردوبدل كنند. الزامی نیست كه این اتصال از طریق سیمهای مسی باشد؛ فیبرهای نوری، امواج مایكروویو و مادون قرمز، و ماهوارههای مخابراتی هم میتوانند عامل این ارتباط باشند.

سختافزار شبكه

هیچ طبقهبندی پذیرفته شدهای كه دربرگیرنده تمام انواع شبكههای كامپیوتری باشد، وجود ندارد، ولی در این میان میتوان به دو عامل مهم توجه كرد: تكنولوژی انتقال و اندازه شبكه.  

امروزه دو تكنولوژی انتقال بیش از همه گسترش یافته و فراگیر هستند: 

- ارتباطات پخشی[1]

- ارتباطات همتا به همتا[2]

شبكههای پخشی[3] دارای یك كانال مخابراتی هستند كه بین همه كامپیوترها مشترك است. 

هر یك از كامپیوترها میتوانند پیامهای خود را در بسته[4]های كوچك مخابره كنند، و تمام كامپیوترهای دیگر این پیامها را دریافت خواهند كرد. آدرس كامپیوتری كه این بسته در حقیقت برای وی ارسال شده، در بخشی از پیام نوشته میشود. هر كامپیوتر به محض دریافت بسته، آدرس گیرنده را با آدرس خود مقایسه میكند .اگر پیام برای او باشد، آن را پردازش میكند؛ ولی اگر پیام متعلق به دیگری باشد، به سادگی آن را نادیده میگیرد. 

در شبكههای همتا به همتا[5] بین تك تك كامپیوترها مسیر ارتباطی مستقل وجود دارد. البته وقتی یك بسته بخواهد از كامپیوتری به كامپیوتر دیگر برود، احتمالاً سر راه خود از چند ماشین بینابینی نیز عبور خواهد كرد. معمولاً در این قبیل شبكهها مسیرهای متعددی بین دو كامپیوتر خاص میتوان برقرار كرد ،كه از نظر طول مسیر با هم تفاوت دارند، و یافتن كوتاهترین مسیر یكی از مسایل مهم در اینگونه شبكههاست. به عنوان یك قاعده كلی (البته با استثناهای متعدد)، شبكههای كوچك، متمركز و محلی، از نوع پخشی هستند و شبكههای بزرگ و گسترده از نوع همتا به همتا. 

روش دیگر طبقهبندی شبكهها اندازه شبكه است. در جدول 1-1، طبقهبندی بر اساس اندازه را مشاهده میكنید. 

از آن جایی كه در این طبقهبندی، تكنولوژی ارتباطی به فاصله كامپیوترها وابسته است ،فاصله كامپیوترها از یكدیگر در این طبقهبندی بسیار مهم است.  

در این فصل هر یك از این شبكهها را به طور مختصر معرفی میكنیم.

شبكه شخصی، یا PAN، شبكهایست كه برای ارتباط بین قطعات كامپیوتر مورد استفاده قرار میگیرد. محدوده دسترسی PAN در حدود چند متر است. PANها میتوانند برای ارتباط بین قطعات شخصی یا برای اتصال به شبكه های سطح بالاتر و اینترنت مورد استفاده قرار گیرند. 

این شبكهها، با استفاده از باسهای كامپیوتر مانند FireWire ،USB یا به صورت بیسیم ارتباط بین قطعات مختلف دستگاههای نزدیك به شخص (مانند ارتباط بین صفحه كلید و كامپیوتر) را میسر میسازند. 

3- 2-1 شبكههای محلی[1]  

شبكه محلی، یا LAN، شبكهایست خصوصی در یك ساختمان یا مجتمع، كه حداكثر ابعاد آن یكی دو كیلومتر باشد. از این نوع شبكهها معمولاً برای متصل كردن كامپیوترهای یك شركت و به اشتراك گذاشتن منابع (مانند چاپگر) یا مبادله اطلاعات استفاده میشود. یك شبكه LAN سه مشخصه اصلی دارد، كه آن را از سایر انواع شبكه متمایز میكند: 

- اندازه این شبكه بسیار محدود است، به گونهای كه زمان انتقال سیگنالها در آن (حتی در بدترین شرایط) بسیار كم است و از قبل قابل پیشبینی است.

- تكنولوژی انتقال اطلاعات در LAN از نوع پخشی بوده و معمولاً به كابل متكی است. سرعت انتقال اطلاعات در این شبكهها بین 01 تا 100 Mbps، تأخیر انتشار در آن بسیار كم (در حد میكرو یا نانوثانیه) و خطا در آن بسیار اندك است. LANهای جدیدتر به سرعت 01 Gbps نیز دست یافتهاند .

- توپولوژی[2]: توپولوژیهای مختلفی برای شبكههای محلی پخشی وجود دارد كه   توپولوژیهای باس و حلقوی دو نمونه از این توپولوژیها میباشند. در یك شبكه باس (شبكه با كابل كشی خطی)، در هر لحظه فقط یكی از كا مپیوترها مجاز به استفاده از خط و ارسال اطلاعات است و تمام ماشینهای دیگر بایستی در این مدت از ارسال هرگونه اطلاعات خودداری كنند. در شبكه حلقوی، هربیت اطلاعات به صورت مستقل منتشر   میشود .