SHA-3 hardware project

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SHA-3 Hardware Project

SHA-3候補のハードウェア実装性能をSASEBO-GII上のFPGAおよびASICライブラリを用いて評価しています. 総合評価に用いたハッシュ関数のハードウェアマクロはストレート・フォワードな実装を行っています．BLAKE, CubeHash, ECHO, Grostl, Hamsi, Luffa, Shabal, Skeinは電気通信大学 太田・崎山研究室が，BMW, Fugue, SIMDはElectrical and Computer Engineering Dept. Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburgが，JH, SHAvite-3は Katholieke Universiteit Leuven (COSIC)が開発したもので，研究目的に限って自由に利用することができます．なお，KeccakのコアはKeccakのWebsiteに掲載されているVHDLソースを利用しています．

制御ソフトウェア

C# source code and binary

Program window image (Japanese)

制御FPGA (Spartan-3A xc3s50a)

Verilog-HDL source code

Circuit block diagram

暗号FPGA (Virtex-5 xc5vlx30)

アルゴリズム	コード	ブロック サイズ [bit]	動作速度							回路規模
			動作 周波数 [MHz]	Clock Cycles		Throughput [Mbps] (Long Msg)		Latency [us] (Short Msg) 1024bit		Slices	Registers	LUTs
				Core	Core +I/F	Core	Core +I/F	Core	Core +I/F
SHA-256	source / binary	512	260	68	148	1,958	899	0.785	1.89	609	1,224	2,045
BLAKE	source / binary	512	115	22	121	2,676	487	0.574	3.57	1,660	1,393	5,154
BMW	source / binary	512	34	2	98	8,704	178	0.235	10.12	4,530	1,317	15,012
CubeHash	source / binary	256	185	16	64	2,960	740	1.297	2.85	590	1,316	2,182
ECHO	source / binary	1,536	149	99	407	2,312	562	0.664	3.05	2,827	4,198	9,885
Fugue	source / binary	32	78	2	8	1,248	312	1.321	4.47	4013	1,043	13,255
Grøstl	source / binary	512	154	10	106	7,885	744	0.260	2.44	2,616	1,570	10,088
Hamsi	source / binary	32	210	4	10	1,680	672	0.690	1.92	718	841	2,499
JH	source / binary	512	201	39	135	2,639	762	0.582	2.25	2,661	1612	8,392
Keccak	source / binary	1,024	205	24	216	8,397	967	0.244	2.35	1,433	2,666	4,806
Luffa	source / binary	256	261	9	57	7,424	1,172	0.207	1.31	1,048	1,446	3,754
Shabal	source / binary	512	228	50	143	2,335	816	1.316	2.75	1,251	2,061	4,219
SHAvite-3	source / binary	512	251	38	143	3,382	959	0.454	1.79	1,063	1,363	3,564
SIMD	source / binary	512	75	46	142	835	270	1.840	6.32	3,987	6,693	13,908
Skein	source / binary	256	115	21	75	1,402	393	0.904	3.20	854	929	2,864

ASIC実装性能 (STMicro 90-nm Standard Cell Library)

アルゴリズム	コード	論理合成 モジュール	ブロック サイズ [bit]	動作速度			回路規模 [Gates]	回路効率 [Kbps/gate]
				動作周波数 [MHz]	Clock Cycles	Throughput [Mbps]
SHA-256	source	SHA256_CORE	512	735.3 355.9 116.6	68	5,536 2,680 878	18,677 13,199 11,332	290.6 203.0 77.4
BLAKE	source	BLAKE_CORE	512	286.5 260.4 146.6	22	6,668 6,061 3,412	36,994 30,292 23,214	180.5 200.1 147.0
BMW	source	bmw256	512	101.3 84.4 67.4	2	25,937 21,603 17,262	128,655 115,001 105,566	201.6 187.9 163.5
CubeHash	source	CubeHash_CORE	256	515.5 352.1 171.8	16	8,247 5,834 2,749	35,548 21,336 16,320	232.0 264.1 168.5
ECHO	source	ECHO_CORE	1,536	362.3 260.4 146.8	99	5,621 4,040 2,278	101,068 97,803 57,834	55.6 59.6 39.4
Fugue	source	fugue256	32	170.1 113.0 77.8	2	2,721 1,808 1,245	56,734 45,553 46,683	48.0 37.9 26.7
Grøstl	source	GROESTL_CORE	512	337.8 257.7 127.9	10	17,297 13,196 6,547	139,113 86,191 56,665	124.3 153.1 115.5
Hamsi	source	HAMSHI_CORE	32	970.9 543.5 352.1	4	7,767 4,348 2,817	67,582 36,981 32,116	114.9 117.6 87.7
JH	source	crypto_fpga	512	763.4 694.4 353.4	39	10,022 9.117 4,639	54,594 42,775 31,864	183.6 213.1 145.6
Keccak	source	keccak	1,024	781.3 540.5 354.6	24	33,333 23,063 15,130	50,675 33,664 29,548	657.8 685.1 512.0
Luffa	source	LUFFA_CORE	256	1,010.1 537.6 262.5	9	28,732 15,293 7,466	39,642 19,797 19,359	724.8 772.5 385.6
Shabal	source	SHABAL_CORE	512	591.7 543.5 350.9	50	6,059 5,565 3,593	34,642 30,328 27,752	174.9 183.5 129.5
SHAvite-3	source	Shavite_top	512	625.0 492.6 206.6	38	8,421 6,637 2,784	59,390 42,036 33,875	141.8 157.9 82.2
SIMD	source	simd256	512	284.9 261.1 113.1	46	3,171 2,06 1,259	138.980 122,118 88,947	22.8 23.8 14.2
Skein	source	SKEIN_CORE	256	270.3 207.0 146.2	21	3,295 2,524 1,782	43,132 28,782 22,562	76.4 87.7 79.0

その他のASIC実装性能 (STMicro 90-nm Standard Cell Library)

(独)産業技術総合研究所と東北大学青木研究室が開発を進めている，様々なアーキテクチャのハードウェア実装性能を示します．これらのソースコードも研究目的に限って自由に利用することができます．

アルゴリズム	コード	論理合成 モジュール	ブロック サイズ [bit]	S-box	動作速度			回路規模 [Gates]	回路効率 [Kbps/gate]
					動作周波数 [MHz]	Clock Cycles	Throughput [Mbps]
SHA-256	source	SHA256	512		505.1 349.7 209.2	72	3,592 2,486 1,488	15,574 9,563 8,230	230.6 260.0 180.8
Grøstl (Normal)	source	GROESTL_256	512		348.4 261.8 101.6	11	84,053 46,256 34,783	8,945 6,382 2,478	101.1 138.0 71.2
Grøstl (Compact)	source	GROESTL_256	512		349.7 260.4 113.1	21	120,812 70,953 57,908	16,275 12,121 5,265	134.7 170.8 90.9
Keccak	source	keccak	1,024		1,0309 552.5 355.91	24	43,986 23,573 15,184	55,900 26,501 25,167	786.9 889.5 603.3
Luffa (High-Speed)	source	Luffa	256	Bit Slice	625.0 552.5 357.1	5	32,000 28,287 18,286	60,856 44,290 31,201	525.8 638.7 586.1
				Table	684.9 549.5 350.9		35,069 28,132 17,965	62,838 38,274 29,336	558.1 735.0 612.4
Luffa (Normal)	source	Luffa		Bit Slice	1,000.0 552.5 357.1	9	28,444 15,715 10,159	39,394 19,736 18,907	722.0 796.3 537.3
				Table	1,087.0 549.5 355.9		31,258 15,629 10,123	39,513 19,604 18,933	791.1 797.2 534.7
Luffa (Compact 1)	source	Luffa		Bit Slice	757.6 546.6 355.9	25	7,758 5,596 3,641	25,558 17,477 14,710	303.5 320.2 247.7
				Table	862.5 555.6 355.9		8,463 5,689 3,644	26,373 16,467 14,817	320.9 345.5 245.9
Luffa (Compact 2)	source	Luffa		Bit Slice	813.0 552.5 358.4	129	1,613 1,096 711	24,285 16,801 15,381	66.4 65.3 46.2
				Table	813.0 555.6 358.4		1,613 1,103 811	22,500 16,633 15,383	71.7 66.3 46.2

参考文献

Evaluation of Hardware Performance for the SHA-3 Candidates Using SASEBO-GII