Шифрование на уровне протокола PDCP стандарта 3GPP

Представлена реализация алгоритмов 128-EEA1, 128-EEA2 и 128-EEA3 (3GPP TS 33.401), основанных на шифрах Snow 3G, AES в режиме гамммирования (CTR) и ZUC соответственно. Кроме того, предложена реализация 128-EEA2 на основе шифра Кузнечик (ГОСТ Р 34.12─2015).

Файлы

1. Шифрование в PDCP (используются оптимизированные реализации криптопримитивов)
   • eea1.c - функция шифрования, реализующая алгоритм 128-EEA1
   • eea2.c - функция шифрования, реализующая алгоритм 128-EEA2
   • eea2_gost.c - функция шифрования, реализующая шифрование аналогично алгоритму 128-EEA2, однако вместо AES используется Кузнечик в режиме гаммирования
   • eea3.c - функция шифрования, реализующая алгоритм 128-EEA3
2. Реализации криптопримитивов
   • Без оптимизации
     • snow3g.c - реализация поточного шифра Snow 3G
     • aes.c - реализация шифра AES в режиме гамммирования
     • gost.c - реализация шифра Кузнечик в режиме гаммирования
     • zuc.c - реализация поточного шифра ZUC
   • Оптимизированные
     • snow3g_opt.c - оптимизированная по производительности реализация поточного шифра Snow 3G
     • aes_ni.c - реализация шифра AES в режиме гамммирования с использованием инструкций AES-NI
     • gost_avx2.c - реализация шифра Кузнечик в режиме гаммирования с использованием векторных инструкций AVX2
     • zuc_opt.c - оптимизированная по производительности реализация поточного шифра ZUC
3. Функции тестирования
   • Корректности реализаций
     • test_snow3g.c - функции для проверки корректности разных реализаций шифра Snow 3G
     • test_aes.c - функции для проверки корректности разных реализаций шифра AES
     • test_gost.c - функции для для проверки корректности разных реализаций шифра Кузнечик
     • test_eea1.c - функция для проверки корректности реализаций алгоритма шифрования 128-EEA1
     • test_eea2.c - функция для проверки корректности реализации алгоритма шифрования 128-EEA2
     • test_eea3.c - функция для проверки корректности реализации алгоритма шифрования 128-EEA3
   • Быстродействия реализаций
     • test_snow3g_speed.c - функции для измерения скорости работы разных реализаций шифра Snow 3G
     • test_aes_speed.c - функции для измерения скорости работы разных реализаций шифра AES
     • test_gost_speed.c - функции для измерения скорости работы разных реализаций шифра Кузнечик
     • test_zuc_speed.c - функции для измерения скорости работы разных реализаций шифра ZUC
     • test_eea1_speed.c - функция для измерения скорости работы реализации алгоритма шифрования 128-EEA1
     • test_eea2_speed.c - функции для измерения скорости работы разных реализаций алгоритма шифрования 128-EEA2 (AES и Кузнечик)
     • test_eea3_speed.c - функция для измерения скорости работы реализации алгоритма шифрования 128-EEA3
4. plot.py - вычисление статистик и генерирование диаграмм, описывающих скорость работы шифров

Работа

1. make test - проверка на корректность разных реализаций криптопримитивов и алгоритмов шифрования для PDCP.
2. make speed - замер средней скорости работы и сбор статистики по затраченному количеству тактов для разных реализаций криптопримитивов и алгоритмов шифрования для PDCP. Результаты сохраняются в папку docs.

make - запустить оба 1 и 2
make clean - удаление артефактов сборки

Ссылки

Взяты за основу реализации:

Snow 3G:

• https://github.com/open5gs/open5gs

AES:

• https://github.com/kokke/tiny-AES-c
• Intel® Advanced Encryption Standard (AES) New Instructions Set

Кузнечик:

• https://github.com/svdprima/Grasshopper
• https://github.com/mjosaarinen/kuznechik

ZUC:

• https://github.com/srsran/srsRAN_4G