Titelaufnahme

Titel
Ein Vergleich von Kryptographischen Bibliotheken auf dem Mikrokontroller STM32F446
Weitere Titel
A comparison of cryptographic libraries on the microcontroller STM32F446
VerfasserGross, Werner
GutachterGöschka, Karl Michael
Erschienen2017
Datum der AbgabeFebruar 2017
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)Embedded Security / RSA / Smart Car / VANET
Schlagwörter (EN)Embedded Security / RSA / Smart Car / VANET
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Vehicular Ad-hoc Networks (VANET) und Smart Cars. Im Speziellen wird auf das Thema Embedded Security eingegangen. In modernen Fahrzeugen befinden sich eine Vielzahl an Mikrokontrollern, den Electronic Control Units (ECU), die zur Steuerung von zum Beispiel Fahrzeugkomponenten, Unterstützung des Fahrers, Telematik Systeme, Mautsysteme oder Entertainment Systeme eingesetzt werden. Durch die Vernetzung von Smart Cars und die Anbindung an VANETs sind geeignete Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz vor unbefugtem Zugriff auf diese Komponenten und den gespeicherten Daten notwendig.

Es wurden die vier Bibliotheken, STM32 Cryptographic Library, mbedTLS, CycloneCrypto und wolfCrypt auf einem Mikrokontroller STM32F446 implementiert und das Verhalten anhand von RSA-Signature und RSA-Signature-Verification verglichen. MbedTLS erwies sich bei diesem Vergleich als performanteste Bibliothek. Bei einer Taktfrequenz von 180 MHz und einer Schlüssellänge von 7680 Bit wurde die Signaturverifikation von mbedTLS am schnellsten gerechnet. MbedTLS benötigte dazu 352,26 ms, während wolfCrypt für diese Aufgabe 2.316,96 ms benötigte. Dies entspricht einem Unterschied von 657%. Beim Erstellen der Signatur ergab sich ein Unterschied von bis zu 240%. MbedTLS errechnete die Signatur in 38,45 s und wolfCrypt benötigte dafür 92,36 s. Die Ergebnisse der Messungen zeigten auch, dass bei Verwendung von RSA, eine Vergrößerung der Schlüssellänge einen exponentiellen Anstieg der Ausführungszeit bewirkt. Der benötigte Speicherplatz des generierten Object-Codes lag zwischen 20,2 kB (STM32 Cryptographic Library) und 38,5 kB (mbedTLS). Bei einer Taktfrequenz von 45 MHz lag die Stromaufnahme zwischen 17,3 mA (STM32 Cryptographic Library) und 23,1 mA (CycloneCrypto). Bei 180 MHz wurden Werte zwischen 48,1 mA (wolfCrypt) und 71,5 mA (CycloneCrypto) gemessen.

Zusammenfassung (Englisch)

This bachelors thesis deals with Vehicular Ad-hoc Networks (VANET) and Smart Cars. In particular, the subject of embedded security is discussed. In modern vehicles, a large number of microcontrollers, the electronic control units (ECUs), are used to control vehicle components, supporting the driver, telematics systems, toll systems or entertainment networking systems. While interconnecting smart cars and using VANETs, appropriate safety mechanisms are required to prevent unauthorized access to these components and stored data.

The four libraries, STM32 Cryptographic Library, mbedTLS, CycloneCrypto and wolfCrypt were implemented on a STM32F446 microcontroller and the behavior was compared using RSA Signature and RSA Signature Verification. MbedTLS proved to be the most powerful library in this comparison. At a clock frequency of 180 MHz and a key length of 7680 bits, the signature verification was calculated fastest by mbedTLS. MbedTLS required 352.26 ms, while wolfCrypt required 2.316.96 ms for this task. This corresponds to a difference of 657%. During signature generation a difference of up to 240% was measured. MbedTLS calculated the signature in 38.45 s and wolfCrypt required 92.36 s. The results also showed that when using RSA, an increase in the key length causes an exponential increase in the execution time. The required storage space for the generated object code was between 20.2 kB (STM32 Cryptographic Library) and 38.5 kB (mbedTLS). At a clock frequency of 45 MHz, the current consumption was between 17.3 mA (STM32 Cryptographic Library) and 23.1 mA (CycloneCrypto). Values between 48.1 mA (wolfCrypt) and 71.5 mA (CycloneCrypto) were measured at 180 MHz.