文摘

传感器网络服务使用传感器数据从低端的物联网设备类型的长距离广泛部署。收集传感器数据后,数据传送到云服务器,这过程中提取有用的信息。考虑到数据可能包含敏感和私人信息,这应该是加密和交换通过网络,确保完整性和机密性。在这种情况下,云服务器应该提供高速数据加密没有可用性的丧失。在本文中,我们提出的有效的并行实现Simeck家庭块密码在现代64位英特尔处理器。为了加速性能,自适应加密技术也用于负载均衡产生的大数据。最后,提出了实现达到3.5周期/字节和4.6周期/字节Simeck32/64 Simeck64/128加密,分别。

1。介绍

目前,许多人类保健服务被用于医院和诊所根据物联网的发展(物联网)技术。提供人类保健服务在美国,服务提供者必须遵守HIPAA(健康保险携带和责任法案)。HIPAA的目的是保护隐私的医疗信息。出于这个原因,美国卫生与公众服务部(HHS)规定,人类保健服务提供者必须遵循HIPAA加强保护病人的私人和卫生信息。在HIPAA合规指南(1),服务提供者必须使用数据加密在便携式设备和计算机网络安全φ(受保护的健康信息)传输和存储过程。然而,不同类型的设备,如8位、16位、32位的物联网设备和通信协议等蓝牙和无线网络,用于提供人类的保健服务。这些物联网设备对人体保健服务操作在一个资源受限的环境中。出于这个原因,现有块密码使用一个SPN诸如AES(替代和置换网络)架构(2),这就需要大量的内存来保存S-boxes和圆键和操作。为了解决这个问题,众多的轻量级块密码使用ARX(添加/旋转,异)操作,比如西蒙,斑点(3),或Simeck [4]。Simeck家庭分组密码(4)适用于RFID(无线射频识别),传感器环境,尽管它还没有被任何标准化研究所认为是包含在一个标准。然而,Simeck家族分组密码(4)根据ARX轻量级(旋转,异)操作和支持各种块/关键尺寸。此外,它适用于射频识别、传感器设备,和物联网终端设备,所有这些resource-restricted环境。如果Simeck家庭块密码用于终端设备或传感器一起使用各种人类保健应用服务、云或服务平台服务器必须加密处理大数据从各种终端设备或传感器尽快在人类保健应用程序服务,确保人类保健应用程序服务的可用性。当时,大数据的大小可以根据不同终端设备的数据传输周期。处理大数据云或服务平台,云或服务平台服务器必须有高性能的现代64位处理器(高频处理器能够支持SIMD(单指令多数据))如Intel Xeon处理器或一系列i7处理器对人类保健应用程序服务。为了解决这些问题,在本文中,我们提出了高效的并行实现方法Simeck家族的分组密码(4)使用一个英特尔AVX2(先进的矢量扩展2)SIMD和一个高效的自适应加密方法来提高人类基于Simeck家庭保健服务可用性块密码AVX2-optimized实现支持各种数据块大小。

本文的其余部分组织如下。部分2相关讨论以前作品Simeck家庭分组密码,AVX2,和人类保健服务安全。我们提出有效AVX2-optimized Simeck实现和适应大数据加密方法加密使用在人类保健服务部分3。部分4提供了实验和评价结果从该AVX2-optimized Simeck实现和自适应加密方法。部分5提供了结论。

在本节中,我们描述作品相关Simeck家庭分组密码和英特尔AVX2 SIMD和人类保健服务安全相关工作。

2.1。Simeck家人分组密码

混身起红疹;痒Simeck家庭提出了分组密码在20154西蒙],它成功的架构和斑点3),因此也有类似的加密轮函数和不同数量的旋转操作和钻头旋转操作。Simeck的目的是适合使用一个轻量级分组密码对硬件环境和射频识别系统。有三种类型的Simeck家庭分组密码,也就是说,Simeck32/64, Simeck48/96, Simeck64/128, 32岁,36岁,分别和44轮。表1介绍了Simeck家庭块密码规范,包括块/关键尺寸(位)和轮的数量。

表1
Simeck家庭块密码规范。

Simeck家族分组密码加密和解密轮函数ARX(和(⊙),旋转旋转,(< < <))、异(⊕))操作。图1显示了加密轮Simeck块密码的功能 轮。在图1, 表示左边的话, 表示在正确的单词 th圆, 表示 圆的关键。的 th圆的函数Simeck块密码可以由以下方程:


图1
Simeck家人分组密码加密功能。

在Simeck加密轮函数的方程,并r()函数是指 位左旋转操作。它是表示为< < < 在图1。Simeck加密轮函数由1和(⊙),2旋转左(< < <),和3在每一轮异(⊕)操作。

Simeck家族块密码钥匙时间表,数字2显示了Simeck家庭作为一个整体块密码关键进度图。Simeck家族分组密码的关键计划类似于西蒙的关键计划过程和斑点的家人块密码(3]。 在图2是Simeck轮函数 ,它充当在每一轮轮密钥。圆键 从主密钥生成吗 ,初步划分为四个单词和加载的初始状态吗 反馈登记的架构,如图2。Simeck家族块密码等关键计划使用初始状态(1,1,1,1,- 1)和(1,1,1,1,1,1)。第一个初始状态是使用Simeck32/64 Simeck48/96,第二初始状态是用于Simeck64/128。关于 ,这是最重要的 的主键 。更新寄存器值,生成一个键在每一轮,它使用一个常数函数与一个轮 这是按位异常数之间的结果吗 和 位的序列 ,这也可以作为关键,也就是说, 。常量值( )关键进度可以表示为 。的 在图2指的是 位的序列 。有两个序列: 和 。序列 有31期可以使用本原多项式生成 ,而序列 有63期和可以使用本原多项式生成 。序列 使用与Simeck32/64 Simeck48/96,序列 使用与Simeck64/128 Simeck家庭块密码关键进度。更新操作可以表示如下:


图2
Simeck家庭块密码钥匙扩张。
2.2。相关作品Simeck家庭块密码

相关作品关注Simeck家庭块密码可以分为三种类型:密码分析,边信道攻击,和高效的实现。

第一类涉及cryptanalyses Simeck家族的分组密码。Kolbl和罗伊5)提出了简短的西蒙和Simeck之间的比较结果。阿訇(6)提出了一个线性密码分析方法和结果与reduced-round Simeck块密码。乔et al。7)提出了一种微分分析Simeck使用动态key-guessing技术。Zhang et al。8)提出了一种零相关Simeck的线性密码分析。王(9)提出了这次的微分分析round-reduced Simeck块密码基于整数线性规划。他们发现一个14-round这次Simeck32/64微分器材是最著名的方法,他们使用位和操作的依赖关系。Sadeghi和阿訇10)提出了一种改进的miss-in-the-middle方法找到零相关线性微分Simeck48和Simeck64辨义成分和不可能的。他们袭击15-round Simeck48和17轮Simeck64用他们唯一的败局提出零相关线性近似方法依赖于零相关的二元性和不可能的微分,他们攻击27-round Simeck48和31-round Simeck64根据他们提出的零相关线性辨义成分。此外,他们提出不可能差分攻击22-round Simeck48和24-round Simeck64 Simeck微分特征的基础上,不可能的。

第二类是Simeck家族边信道攻击分组密码。秦et al。11)提出了一个线性船体与动态key-guessing技术攻击round-reduced Simeck,类似于巧的方法等。7]。Ryabko和Soskov12)提出了一种区分攻击几个轻量级块密码,包括Simeck。Yoshikawa et al。13)提出了一个multiple-round-aware Simeck能量分析攻击方法和攻击的结果。Nozaki et al。14)提出了一个电磁分析Simeck FPGA实现使用汉明距离和电磁波之间的线性关系,类似于DEMA CEMA。Nalla et al。15)提出了一种微分对Simeck错误攻击。他们进行了随机bit-flip故障攻击(要求 / 2故障恢复 位最后一轮键)和随机字节错误攻击(需要 / 6.5故障恢复 位最后一轮Simeck键)。Nozaki et al。16)提出了一个double-round-driven电磁分析攻击Simeck FPGA实现。

最后一个类别包含的方法与Simeck块密码的实现有关。有两种有效的软件实现Simeck IoT-embedded设备:8位AVR [17]和16位MSP430 [18]。海绵Simeck-based排列为轻量级加密原始硬件实现提出了囊2017 (19]。

2.3。英特尔AVX2 SIMD

英特尔AVX2意味着先进向量扩展2 (20.]。英特尔提供了AVX2(先进的矢量扩展2)以来,英特尔Haswell架构(2013年第二季度)。对于AMD cpu, AMD挖掘机处理器(2015年第二季度)和禅宗AVX2处理器(Q1 2017)支持。AVX和AVX2之间的主要区别是,AVX2支持16 256位寄存器(YMM0-YMM16),如图3,three-operand通用的位操作和乘法。具体来说,自AVX2的发展,支持向量转换操作。如果我们要使用一个旋转操作ARX-based块密码,AVX2转变操作可以很容易地使用。


图3
AVX2寄存器。

AVX2 256位的寄存器可以写成8位×32岁的16位×16和32位×8 SIMD(单指令多数据),如图4。如果我们使用一个SIMD操作,同时我们可以计算数据的多个实例,表明该方法可用于多媒体处理。AVX2 SIMD支持内在功能AVX2汇编指令相对应,它是一个类型的API(应用程序接口)。因此,开发人员可以轻松地使用英特尔AVX2。


图4
SIMD和SISD。
2.4。基于AVX2相关作品加密算法实现

有许多研究成果用于修饰或说明使用AVX2加密算法的实现。

Gueron和Krasnov21]提出使用AVX2 multiprime RSA实现方法和结果。特别是,他们并行 在RSA模块化本章。Faz-Hernandez和洛佩兹22]利用有效'字段使用AVX2算术运算,与英特尔Haswell处理器性能基准测试。Faz-Hernandez和洛佩兹23)提出了一个有效的实现一个使用AVX2椭圆曲线(Curve25519)。他们提出了一个使用AVX2加速'字段和椭圆曲线的算术。马丁斯保罗方法(24)涉及优化完全同态加密使用AVX2的实现方法和结果。卡布拉尔和洛佩兹25)提出了并行SHA-3家庭使用AVX2的实现方法和结果。他们并行四消化从四个不同的信息。

目前,AVX2用于实现postquantum加密(PQC)。杜et al。26)提出了一种有效的优化数论变换(NTT)和高精度离散高斯采样器的实现方法和性能结果lattice-based使用AVX2公钥加密。Gueron和Schlieker27)提出优化NTRUEncrypt使用AVX2的实现方法和结果。他们还提出更换的沙哈希函数管线式AES-NI(高级加密标准的新指令)随机性的快速生成。汉堡(28提出了一种新的密码系统基于整数模块学习错误(I-MLWE)使用整数环模与广义梅森素数质数。在他的论文中,他提出了有效使用AVX2软件实现方法和结果。斯坦因费尔德et al。29日)提出了钛、postquantum公钥加密和克姆。他们提议与钛AVX2-optimized实现方法和结果。2017年PQCrypto,春天快lattice-based加密使用AVX2被张贴的实现方法和结果。春天lattice-based加密的安全依赖于learning-with-rounding的硬度(轻水反应堆)问题。在这些使用AVX2 PQC实现结果,汉堡的方法(28),斯坦因费尔德等发达的方法。29日)集中在NIST(国家标准与技术研究院)PQC标准竞争。因此,有效使用AVX2 postquantum加密算法的软件实现的一个重要方面的NIST PQC标准竞争。

具体来说,eBACs [30.]提供超级(系统统一绩效评估相关密码操作和原语),哈希函数的性能指标,秘密密钥流,公钥加密,和其他功能在现代处理器使用SSE, AVX, AVX2。

2.5。对人类的保健服务安全相关工作

有两个领域相关的工作对人类保健服务安全性。第一是人类商业安全的护理服务,第二个区域由研究结果对人体保健服务的安全。

关于商业载人护理服务,微软Azure, IBM Watson和亚马逊网络服务(AWS)被广泛使用。微软发布了“微软Azure HIPAA /高科技法实现指导”出版(31日]。指导遵循健康保险流通与责任法案/高科技女士单独行动并存储加密密钥。它还支持encryption-at-rest使用。net和SQL server加密加密服务,包括透明数据加密与φ的Azure SQL数据库数据。通信安全、SSL和TLS 1.1是必需的。IBM Watson发表了“沃森开发者云安全概述”(32]。在报告中,他们遵从健康保险流通与责任法案,支持身份验证和授权基于IBM Bluemix和端到端加密HTTPS(通过TLS 1.2)。亚马逊网络服务(AWS)发表“架构HIPAA Amazon Web服务安全性和遵从性”(33]。他们支持在AWSφ数据加密和保护数据传输和存储使用AWS密钥管理服务(公里)。他们支持SQL或Oracle数据库加密的安全数据存储和端到端加密基于TLS或IPSec vpn。AWS使用aes - 256块密码数据加密的数据库。

研究成果对人类保健服务安全,Arunkumar和Anbuselvi34]提出安全云计算使用AES密码在φ数据块存储在云中。Kumar et al。35)提出了一个物联网和云计算病人监护系统使用AES的块密码,DES,河豚的数据安全。他们建议的河豚分组密码是最合适的算法提出了卫生保健系统。Zhang et al。36)描述调查结果可搜索加密方案,提出可搜索加密提供安全和隐私医疗应用程序。Mohit et al。37)提出了一个共同cloud-computing-based卫生保健系统的身份验证协议。Mekala et al。38)提出了同态加密技术,医疗multicloud计算使用发电机DB和亚马逊网络服务(AWS)。Mhatre et al。39)相比,属性加密在云存储健康记录。他们提议multiauthority属性加密和提供一个适当的、有效的,和富有表现力的健康记录安全问题解决方案。赵et al。40]提出了基于属性的加密与非访问结构支持细粒度属性m-healthcare撤销。然而,他们指出,他们的方法有问题,如大密文大小和效率较低的利率。

3所示。该方法

在本节中,我们提出有效的并行实现方法,使用Simeck家庭块密码AVX2 SIMD和自适应加密基于Simeck家庭块密码AVX2-optimized实现人类的保健服务。

的高效并行实现Simeck家庭使用AVX2分组密码,我们使用AVX2内在功能和优化AVX2 SIMD管道避免数据危害(又名:摊位)和提高绩效水平。

3.1。高效的Simeck AVX2内在功能

有两个方法使用AVX2实现该算法。第一个涉及AVX2汇编指令的使用,和第二个依靠AVX2内在功能。AVX2固有函数可以对应AVX2汇编指令,如前所述。我们使用了AVX2内在功能表中给出2。实现Simeck家庭分组密码,有必要实现正常的数据加载数据为AVX2 SIMD AVX2寄存器操作,数据存储从AVX2注册正常数据,数据集设置AVX2寄存器值作为Simeck加密轮密钥,并逐位,按位或位XOR,左/右转变,Simeck加密轮函数和旋转操作。

表2
AVX2 Simeck内在功能的实现。

的实现Simeck32/64 Simeck 64/128,我们使用256位AVX2 m256i数据如下:16位16和32位××8,分别。AVX2不支持向量旋转操作,它只支持向量转换操作,比如左/右通过转变 一些内在的功能表2。由于这个原因,有必要创建一个旋转操作使用AVX2向量左/右内在职能转变和按位或内在功能表所示2。对于有效的旋转操作,我们使用16 - 和32位 左旋转操作的部分 位AVX2内在功能表所示2作为一个预先计算的常数值。例如,对于旋转留下的五位16位×16 AVX2数据 ,我们使用了AVX2内在的功能_mm256或si256 (_mm256 slli epi16 (x, 5)和_mm256量表epi16 (x, 11))。

3.2。AVX2 SIMD管道优化

的优化AVX2 SIMD管道,如果我们重用AVX2 SIMD数据操作前的立即结果数据作为操作数数据在接下来的操作,它有一个数据依赖性问题,因此会带来read-after-write(生)数据风险(又名:摊位)。这个数据风险意味着它需要几个时钟周期重新加载的数据结果数据之前立即操作。

为了避免这些数据风险,我们改期操作的顺序Simeck加密。在Simeck加密轮函数如图1,订单的操作如下:ROL5(左)→(ROL5(左),左)→XOR (, (ROL5(左),左))→ROL1(左)→XOR (ROL1(左),XOR (, (ROL5(左),左)))→XOR(圆键,XOR (, (ROL5(左),左)))→交换左右。如果我们实现Simeck加密轮函数在上面的命令中,它可能导致数据风险。我们重新安排订单的操作如下:ROL5(左)→(ROL5(左),左)→XOR (, (ROL5(左),左))→ROL1(左)→XOR (ROL1(左),XOR (, (ROL5(左),左)))→轮关键负荷=左→→备份XOR(圆键,XOR (, (ROL5(左),左)))→右=数据备份,以避免风险。

高性能在大数据的加密,我们最大化AVX2寄存器通过重用AVX2寄存器的使用不习惯在每个操作和考虑AVX2寄存器有明文块和关键块。

3.3。自适应加密为人类的保健服务

服务人类的保健服务的服务器处理大量的数据从各种传感器或设备。然而,每种情况的数据大小可以不同,因为每个传感器或设备有不同的数据传输。出于这个原因,有必要对加密数据根据数据大小每次当收到或将数据存储在数据库中。为了解决这个问题,我们提出了一种自适应加密方法,人类的保健服务。自适应加密加密大数据可以根据数据大小。对于自适应加密,我们实现了AVX2-optimized Simeck32/64和Simeck64/128根据加密数据块大小。Simeck32/64而言,它可以加密数据从16块到64块。当它,每个块大小是16位。Simeck64/128可以从8块32块加密数据。每一块大小是32位的。 Adaptive encryption uses the proposed AVX2-optimized Simeck32/64, and Simeck64/128 supports various block sizes for efficient data encryption of massive data according to the number of plaintext blocks.

算法1描述了该自适应加密算法。自适应加密算法的输入数据明文块 Simeck加密轮密钥RK, blkNum明文块的数量,和加密类型 。加密类型 表明Simeck家庭块密码将用于自适应加密。如果它的值为1,这表明Simeck32/64加密将用于自适应加密。的明文块blkNum指明文块的总数,和明文块由blkNum块。自适应加密使用Simeck32/64或Simeck64/128也有类似的算法程序。如果用户希望使用Simeck32/64,它支持四种类型的块:64年,48岁,32岁和16位。因此,在自适应加密过程中,这个方法决定了有多少加密操作运行根据批号和明文块的数量。从第2行到第5行,它计算 , , ,和 指支持加密对于每个批号的数量。在的情况下n4,如果剩余价值 是1或更多,这意味着有很多加密的明文块(少于16块),我们增加的价值 调整和使用数据填充块的数量在加密过程中使用。的数据填充,填充的标准有很多,如PKSC7和X923等等。我们假设填充方法遵循相关标准。计算后的数量在每个支持加密块编号,我们根据数量计算加密明文块使用每个AVX2-optimized Simeck加密支持固定块大小。

要求:明文块 圆键RK的明文块blkNum,加密类型t
确保:密文块
1:如果t = = 1然后
2:让n1=blkNum/ 64;和r1=blkNum% 64;
3:让n2=r1/ 48;和r2=r1% 48;
4:让n3=r2/ 32;和r3=r2% 32;
5:让陶瓷=r3/ 16;和r4=r3% 16;
6:如果r4≥1然后
7:陶瓷+ +;
8:垫();
9:为我从1到n1做
10:Simeck32/64内附SIMD 64黑色
11:为我从1到n2做
12:Simeck32/64内附SIMD48黑色
13:为我从1到n3做
14:Simeck32/64内附SIMD32黑色
15:为我从1到陶瓷做
16:Simeck32/64内附SIMD16黑色
17:其他的
18:让n1=blkNum/ 32;和r1=blkNum% 32;
19:让n2=r1/ 24;和r2=r1% 24;
20:让n3=r2/ 16;和r3=r2% 16;
21:让陶瓷=r3/ 8;和r4=r3% 8;
22:如果r4≥1然后
23:陶瓷+ +;
24:垫();
25:为我从1到n1做
26日:Simeck64/128内附SIMD32黑色
27日:为我从1到n2做
28日:Simeck64/128内附SIMD24黑色
29日:为我从1到n3做
30:Simeck64/128内附SIMD16黑色
31日:为我从1到陶瓷做
32:Simeck64/128内附SIMD8黑色
33返回C
算法1
基于Simeck自适应加密。

4所示。实验和评价

在本节中,我们描述了实验环境、过程和分析方法用于评估的性能提出AVX2-optimized Simeck家庭块密码实现和自适应加密技术。

4.1。实验

我们开发了该AVX2-optimized Simeck家庭块密码使用AVX2 intrinsicfunctions和C语言。我们使用GCC编译器的编译选项5.4.0版本-O3-fomit-frame-pointer-mavx2-march = nativ-std = c99-mtune = native-fwrapv-funroll-loops优化编译过程。我们在计算机上进行了试验与以下规格:Ubuntu 16.04.3 LTS 64位和英特尔(R) (TM)核心i7 - 6700CPU (@3.40 GHz,32 GB RAM)。我们测量的平均性能10000000次加密,以确保准确的测量性能。

4.2。评价AVX2-Optimized Simeck实现性能

表3描述的性能提出AVX2-optimized Simeck家人分组密码的实现。性能/字节为单位计算周期。

表3
提出Simeck家庭块密码性能。

如表所示348块和Simeck64/128 Simeck32/64加密加密了34块有最好的性能,与3.5417周期/字节和4.6146周期/字节,分别。Simeck32/64加密16块和Simeck64/128加密8块显示较低的性能结果,因为这些加密加密只有一个256位AVX2寄存器的值。因此,在这些情况下性能略低。Simeck32/64加密的情况下为64块和Simeck64/128加密32块,这些加密导致性能低于Simeck32/64加密48块和Simeck64/128加密32块。尽管Simeck32/64加密为32块64块和Simeck64/128加密使用的最大数量AVX2寄存器为了提高效率,在编译过程中,GCC编译器不使用AVX2寄存器指定的C源代码(AVX2内在功能)。

为客观评价Simeck AVX2-optimized实现该方法,我们实现了西蒙家族分组密码(3]提出的方法和测量性能的西蒙家族块密码与提出的方法在相同的环境。表4描述了表演西门家族的分组密码与拟议的方法。SIMON32/64加密对64块4.1797周期/字节,但提出Simeck32/64加密方法64块运行在3.5859周期/字节(Simeck32/64 3.5417周期的最佳性能/在48字节块加密)而SIMON64/128加密对32块在5.7031周期/字节但提出Simeck64/128加密在同一块大小4.6875周期/字节(24日Simeck64/128加密块的最佳性能运行在4.6146周期/字节)。性能差异的原因的区别是留下的旋转的数量 位操作Simeck和西蒙加密轮函数。西蒙加密函数 和它需要三个旋转操作 位( ,r可以是1位、8位或2位),三位异操作( ),一位和操作(&)。然而,Simeck加密轮函数 ,它需要两个左旋转操作 位( 可以是1位或5位),三位异操作,和一位和操作。出于这个原因,提出Simeck32/64 AVX2-optimized实现显示性能提升23.53%,25.20%,26.47%,16.56%在SIMON32/64各自提出的方法为每个块的数量。与该Simeck64/128 AVX2-optimized实现,性能提升28.64%,43.33%,30.02%,21.67% SIMON64/128拟议的方法为每个对应块的数量。具体来说,如果比较之间的最佳性能提出Simeck和西蒙提出方法,提出的最佳性能Simeck32/64 Simeck64/128显示性能改进的18.01%和23.59%,分别SIMON32/64的最佳性能和SIMON64/128提出方法。

表4
西蒙的家人分组密码与提议的方法的性能。

我们也比较之间的性能提出AVX2-optimized Simeck64/128实现16块(64字节)和64字节的SIMON64/128 eBACS超级[30.)(https://bench.cr.yp.to/results-stream.html)。64字节的SIMON64/128 eBACS超级[30.使用AVX2)实现。性能的64字节的SIMON64/128 eBACS超级[30.)是衡量系统使用AMD64, Kaby湖(906 e9),和2017年Intel Xeon e3 - 1220 v6处理器和4×3000 MHz的环境。表5描述之间的性能比较结果提出AVX2-optimized Simeck64/128实现16块为64字节(64字节)和SIMON64/128 eBACS超级[30.]。拟议中的AVX2-optimized Simeck64/128实现16块(64字节)大约60.72%超过64字节的SIMON64/128 eBACS超级[30.与相同的数据大小(64字节)。

表5
性能比较结果。
4.3。评估自适应加密

表6描述了预测性能所提出的自适应加密方法基于性能的AVX2-optimized Simeck家庭分组密码的实现。如果明文块的总数 ,它可以写成 。在这里, 指Simeck32/64加密的数量为64块或Simeck64/128 32块, 是Simeck32/64加密48块的数量或Simeck64/128 24块加密, Simeck32/64加密的数量是32块或Simeck64/128加密了16块,然后呢 表示数量的Simeck32/64加密了16块或Simeck64/128八块根据加密算法1。我们可以预测的性能提出了自适应加密通过聚合的产物Simeck加密特定街区和每个提议AVX2-optimized Simeck加密性能结果,如表所示6。

表6
预测性能的自适应加密。

提出的自适应加密的优点变得明显时明文块的数量增加。在这种情况下,性能也增加。因此,提出自适应加密方法的提出AVX2-optimized Simeck家庭块密码实现是一个适当的和有效的数据加密方法可以被人类使用保健服务符合健康保险流通与责任法案的安全需求(数据加密)。

4.4。比较评估

我们比较以前作品对人类保健服务安全与优化的方法实现和优化大数据透视图。表7描述评价结果进行了比较。从优化的角度实现,之前的工作集中在一个加密方法应用到人类保健服务的安全。因此,他们没有优化加密实现的步骤。然而,拟议的方法,这些都是优化使用AVX2 SIMD考虑SIMD实现条件,和Simeck家族块密码优于AES (4]。从优化的角度对大数据,先前的作品如Arunkumar et al。34Kumar)和et al。35)加密应用于云计算环境中不考虑大数据的处理。然而,提出自适应加密方法认为高效的大数据处理在云环境中或在服务器端提供安全(数据加密)具有良好的可用性HIPAA后安全要求人类的保健服务。

表7
以前作品之间的比较评价,该方法。

5。结论

在人类的保健服务,服务提供者必须符合HIPAA安全和隐私要求在美国安全。出于这个原因,人类保健服务提供者如女士Azure, IBM Watson和Amazon Web服务提供安全HIPAA之后,有很多研究结果加密人类保健服务。然而,先前的研究结果通常关注加密方法应用到人类保健服务不考虑效率和可用性。结束时如果使用轻量级块密码设备或传感器对各种人类保健应用程序服务,云或服务平台服务器必须加密处理大数据的各种终端设备或传感器尽快人类保健应用服务,确保人类保健应用服务的可用性考虑不同的接收的数据大小根据终端设备的数据传输周期。本文要解决这些问题,我们提出AVX2-optimized Simeck家庭支持各种数据的分组密码实现块具有良好的性能,提供效率和可用性的数据加密在云或在服务器端。拟议中的AVX2-optimized Simeck32/64加密48块3.5417周期/字节而Simeck64/128加密24块4.6146周期/字节。客观评价建议的方法,我们比较Simeck家庭块密码AVX2-optimized加密和西蒙的家人分组密码AVX2-optimized基于该方法加密。最佳的性能结果与提出Simeck32/64和Simeck64/128相应性能提升18.01%和23.59%相比SIMON32/64和SIMON64/128提出的最佳性能的方法。具体地说,拟议中的AVX2-optimized Simeck64/128实现方法16块(64字节)大约60.72%超过64字节的SIMON64/128 eBACS超级[30.与相同的数据大小(64字节)。我们还提出了基于自适应加密AVX2-optimized Simeck加密高效的大数据加密在云上或确保高性能服务器端。提出方法的长处AVX2-optimized Simeck块密码实现和一个高效的自适应加密方法高效的大数据加密来提高人类的保健应用服务的可用性。然而,提出的设计方法的一个限制是它没有被应用于一个实际的人类保健服务优化使用AVX2 Simeck实现。为了解决这个问题,我们将提出的方法在IBM Bluemix人类保健服务和行为和IBM华生研究高效avx - 512 Simeck家族的优化的实现分组密码在未来。

数据可用性

拟议中的Simeck家庭块密码实现源代码上传GitHub库(https://github.com/pth5804/Simeck_AVX2)。西蒙的家人分组密码实现源代码的基础上,提出了方法也上传到GitHub库(https://github.com/pth5804/SIMON_AVX2)。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作支持的选手朴泰桓和Howon金学院信息与通信技术促进由韩国政府(IITP)拨款(MSIT)(没有。2017-0-01791,安全技术的发展对能源平台和设备)。这Hwajeong Seo工作得到了韩国国家研究基金会(NRF)由韩国政府拨款(MSIT)(没有。nrf - 2017 r1c1b5075742)。Sokjoon李这项工作是支持的信息与通信技术促进研究所(IITP)授予由韩国政府资助(MSIT)(没有。V2X b0717 - 16 - 0097,发展服务集成安全技术自主驾驶车辆)。本文由韩科院语言中心校对。