HIGH SPEED ENCRYPTION

Proyecto HSE (CRYPTO FAST): Aceleración de operaciones criptográficas para grandes volúmenes de usuarios mediante hardware estándar.

La solución tecnológica del proyecto HSE (CRYPTO FAST) se centra en la creación de un conjunto de librerías software, parametrizables en función de las necesidades de la aplicación, que permitan explotar la potencia de cálculo paralelo de las GPUs y las FPGAs para la ejecución de operaciones criptográficas avanzadas. Dichas librerías software se instalarán en una plataforma prototipo hardware para este tipo de dispositivos que permita validar las mejoras obtenidas en prestación computacional aplicada a algoritmos criptográficos avanzados.

Esto permitiría satisfacer las necesidades de escalabilidad y eficiencia de las aplicaciones requeridas en diferentes fases de los procesos de votación legalmente vinculante a través de Internet. Las operaciones de cada etapa del proceso pre-electoral, electoral y post-electoral tienen sus propios requisitos computacionales y de ciberseguridad. Por tanto, dichas librerías deberán ser lo suficientemente flexibles para adaptarse a las diferentes necesidades de latencia y de volumen de datos a procesar de las diferentes fases y elementos del proceso electoral en línea.

Para ello en el marco del proyecto HSE (CRYPTO FAST) se investigaran las diferentes alternativas hardware existentes en el mercado para GPUs y FPGAs así como su potencial de cálculo, y se realizarán las siguientes actividades:

  • Análisis comparativo de las prestaciones computacionales, principalmente latencia y throughput, de FPGAs y GPUs para su aplicación a operaciones criptográficas con altos volúmenes de usuarios.
  • Análisis comparativo de las prestaciones de las mencionadas unidades de cálculo experimentales respecto a las CPUs convencionales a fin de identificar claramente sus ventajas tanto a nivel cualitativo como cuantitativo.
  • Desarrollo de algoritmos de cifrado optimizados, basados en la suite de protocolos de seguridad, que Scytl implementa en sus proyectos de modernización electoral, para minimizar los tiempos de latencia y procesado de datos.
  • Adaptación de las primitivas criptográficas sobre las que se fundamentan los mencionados protocolos para su programación en las unidades de cálculo propuestas en este proyecto (GPUs y FPGAs)
  • Generación de un interface público (Application Programming Interface, API) y un servicio web (Web Service, WS) que permita utilizar la librería de algoritmos de encriptación de forma simple para el programador de aplicaciones de modernización electoral
  • Generación de una versión portable de los algoritmos optimizados utilizando estándares  abiertos como OpenCL, OpenMP y OpenACC para abrir el uso de los algoritmos a otras plataformas que se considere de interés.
  • Desarrollo de un servidor híbrido con diversas aceleradoras que permita minimizar el tiempo de servicio y maximizar el throughput de operaciones realizadas por segundo.
  • Reducción de la energía consumida por el servidor respecto a las operaciones realizadas. Se plantea el estudio del consumo de potencia eléctrica relacionado con los dos escenarios de procesamiento planteados como objetivos previos para obtener unas métricas de consumo por operación.
  • Configuración de unidades de cálculo aceleradoras teniendo en cuenta diferentes arquitecturas (Nvidia Maxwell y Kepler), y el uso de FPGAs para reducir el consumo sin afectar los requerimientos de latencia ni de throughput.
  • Integración con la solución Scytl Online Voting de la tecnología de aceleración computacional que ofrezca las mejores prestaciones como unidad de cálculo a fin de probar su validez en un entorno de votación real con altos volúmenes de usuarios.
  • Ejecución de una prueba piloto que combine el hardware de aceleración criptográfica óptimo para cada fase del proceso de forma que pueda ser probado en un entorno real de votación.
  • Análisis a nivel funcional de las mejoras conseguidas mediante este nuevo hardware experimental así como de los posibles retos que plantea (p.ej. posibles medidas de seguridad adicionales, interoperabilidad, compatibilidad con otras soluciones, etc.).

El proyecto se ejecutará durante el periodo 2015 – 2017 con los siguientes resultados:

HITO 1:

  • Agosto – Diciembre 2015: Durante la primera anualidad, se realizará la fase de investigación del proyecto, que incluirá la investigación de los mecanismos innovadores respecto al uso de las GPUs y FPGAs, revisión de desarrollos previos y herramientas de código abierto, la aplicación de la metodología de ingeniería del rendimiento, identificación de las necesidades de reprogramación, los procesos internos de las unidades de cálculo mencionadas y las implicaciones del compromiso latencia/volumen de datos.
  • Enero – Diciembre 2016: Durante la segunda anualidad, se profundizará en las tareas de investigación y se desarrollará una versión inicial del prototipo de Crypto Fast, haciendo uso de la misma en un piloto experimental en la propia UAB.

HITO 2:

  • Enero – Diciembre 2017: Durante el 2017 se terminará el desarrollo de una versión avanzada del prototipo Crypto Fast que implementará los protocolos de seguridad basados en criptografía avanzada sobre las unidades de cálculo seleccionadas. Esta versión se probará en un piloto a gran escala. Durante la ejecución del proyecto se acabará de definir el alcance del piloto y el cliente finalmente seleccionado.

El proyecto contará con la participación de las siguientes entidades:

Empresa:

  • SCYTL SECURE ELECTRONIC VOTING, S.A.

Organismo de investigación:

  • Universitat Autònoma de Barcelona

Proyecto cofinanciado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) en el marco de la convocatoria de Proyectos de Investigación y Desarrollo, y por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del programa operativo pluriregional de crecimiento inteligente.

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