CryptoGraphics: Exploiting Graphics Cards for Security

CryptoGraphics: بهره‌برداری از کارت‌های گرافیک برای امنیت پتانسیل پیاده‌سازی رمز در واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) را بررسی می‌کند و ارتباط رمزگذاری و رمزگشایی مبتنی بر GPU را با امنیت برنامه‌ها توصیف می‌کند. مربوط به نمایشگرهای راه دور.

در نتیجه افزایش قدرت پردازشی GPUها، تحقیقاتی در مورد استفاده از GPU برای محاسبات با هدف عمومی به وجود آمده است. در حالی که پردازنده‌های گرافیکی طیف وسیعی از عملیات موجود در پردازنده‌ها را پشتیبانی نمی‌کنند، قدرت پردازش آن‌ها از پردازنده‌ها فراتر رفته است و طراحی‌های آن‌ها برای افزایش قابلیت برنامه‌ریزی‌شان در حال تکامل است. پردازنده‌های گرافیکی مخصوصاً برای برنامه‌هایی که به مقدار زیادی پردازش موازی نیاز دارند، جذاب هستند. این کار چنین تحقیقاتی را با در نظر گرفتن استفاده از GPUها به عنوان یک پردازشگر موازی برای رمزگذاری داده ها گسترش می دهد.

نویسندگان عملیات یافت شده در رمزهای کلید متقارن و نامتقارن را ارزیابی می کنند تا تعیین کنند که آیا رمزگذاری می تواند در GPU های موجود برنامه ریزی شود یا خیر. در حالی که برخی عملیات‌ها اجرای برخی از رمزها را در یک GPU غیرممکن می‌کنند، عملیات مورد استفاده در اکثر رمزهای بلوکی، از جمله AES، می‌توانند در GPU انجام شوند. شرح و کد دقیقی برای اجرای AES مبتنی بر GPU ارائه شده است.

امکان سنجی رمزگذاری مبتنی بر GPU به نویسندگان اجازه می دهد تا استفاده از یک GPU را به عنوان یک جزء سیستم قابل اعتماد بررسی کنند. انگیزه استفاده از یک GPU به عنوان یک مؤلفه قابل اعتماد، از جمله قابلیت کاربرد در برنامه های کنفرانس از راه دور و thin-client، مورد بحث قرار گرفته است. با فعال کردن رمزگذاری و رمزگشایی در یک GPU، داده‌های نمایش رمزگذاری نشده را می‌توان به GPU محدود کرد تا از قرار گرفتن آن در معرض بدافزارهای در حال اجرا بر روی سیستم عامل جلوگیری شود. یک نمونه اولیه از رمزگشایی مبتنی بر GPU برای محافظت از نمایشگرهای صادر شده به مشتریان غیرقابل اعتماد شرح داده شده است. مسائل و راه‌حل‌های مربوط به امنیت کامل داده‌ها در مشتریان غیرقابل اعتماد، از جمله حفاظت از ورودی کاربر، نیز مورد بحث قرار گرفته است.

CryptoGraphics: Exploiting Graphics Cards for Security برای مخاطبان حرفه‌ای از محققان و متخصصان طراحی شده است. در صنعت این کتاب همچنین به عنوان یک متن متوسطه برای دانش آموزان سطح پیشرفته در علوم کامپیوتر مناسب است.

CryptoGraphics: Exploiting Graphics Cards for Security explores the potential for implementing ciphers within graphics processing units (GPUs), and describes the relevance of GPU-based encryption and decryption to the security of applications involving remote displays.

As a result of the increasing processing power of GPUs, research involving the use of GPUs for general purpose computing has arisen. While GPUs do not support the range of operations found in CPUs, their processing power has grown to exceed that of CPUs and their designs are evolving to increase their programmability. GPUs are especially attractive for applications requiring a large quantity of parallel processing. This work extends such research by considering the use of GPUs as a parallel processor for encrypting data.

The authors evaluate the operations found in symmetric and asymmetric key ciphers to determine if encryption can be programmed in existing GPUs. While certain operations make it impossible to implement some ciphers in a GPU, the operations used in most block ciphers, including AES, can be performed in GPUs. A detailed description and code for a GPU based implementation of AES is provided.

The feasibility of GPU-based encryption allows the authors to explore the use of a GPU as a trusted system component. The motivation for using a GPU as a trusted component, including the applicability to thin-client and remote conferencing applications, is discussed. By enabling encryption and decryption in a GPU, unencrypted display data can be confined to the GPU to avoid exposing it to any malware running on the operating system. A prototype implementation of GPU-based decryption for protecting displays exported to untrusted clients is described. Issues and solutions related to fully securing data on untrusted clients, including the protection of user input, are also discussed.

CryptoGraphics: Exploiting Graphics Cards for Security is designed for a professional audience of researchers and practitioners in industry. This book is also suitable as a secondary text for advanced-level students in computer science.