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Implementation of the Parallel Redundancy Protocol (PRP) with encryption of frames using the Advanced Encryption Standard (AES)

A medida que las redes industriales migran progresivamente su infraestructura de comunicaciones a IP y conjunto de protocolos Ethernet, también aparecen hilos y vulnerabilidades que interrumpen el funcionamiento de infraestructura con graves repercusiones. Para minimizarlas, la autenticación, el cifrado, la integridad y la disponibilidad deben tenerse en cuenta en cada capa de la arquitectura de comunicación. de comunicación. La seguridad puede lograrse mediante numerosos algoritmos y protocolos establecidos que se continuamente probados e implementados para ser soportados en los enlaces, redes y aplicaciones actuales. Sus implementaciones se realizan para lograr un alto rendimiento y una reducida utilización de la lógica dependiendo de los requisitos de la industria o del sector. En particular, este trabajo se ocupa de la confidencialidad y la disponibilidad en la capa de enlace de datos donde reside Ethernet. Para la confidencialidad se utiliza el estándar de cifrado avanzado (AES) con modo de contador (CTR) y el protocolo de redundancia paralela (PRP). Redundancy Protocol (PRP) para la redundancia. Estos se seleccionan debido a su orientación de comunicación de comunicación, su amplia expectativa de vida útil y su relación directa con las redes industriales seguras industriales seguras para infraestructuras críticas y no críticas. Estándar de cifrado avanzado (AES) La lógica de modo contador (CTR) y sus núcleos de propiedad intelectual (IP) se crean utilizando el lenguaje de descripción de hardware de circuitos integrados de muy alta velocidad (VTR). velocidad (VHDL) en Xilinx Vivado y se prueban con el Zynq7000. probado utilizando el Zynq7000 System on Chip (SoC)-Field Programable Gate Array (FPGA) y Kintex 7 FPGA. El Protocolo de Redundancia Paralela (PRP) se implementa en el software para gobernar el algoritmo del protocolo, la operación de encriptación de datos y el encuadre de los paquetes. Para probar la integración entre estos componentes, se utiliza el procesador embebido del Zynq 7000 (ARM) y Microblaze. En este trabajo se presenta una implementación de AES no pelada para la confidencialidad, su utilización lógica, la frecuencia máxima y el rendimiento. También se presentan los resultados de AES en simulación para tamaños de clave de 128, 192 y 256 bits. En la implementación, la clave de 128 bits se utiliza. Por otro lado, para la redundancia, se implementa el PRP en software, que crea la cabecera y el remolque según la especificación de la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) y se propone un formato de paquete para las cargas útiles cifradas. Los resultados de la integración de AES-PRP se ven como paquetes capturados entre los dispositivos de comunicación.