Bachelor's Thesis

Network Infrastructure for Performance Testing of Quantum-Safe Encryptors

Final Thesis 3.44 MB Appendix 912.86 kB

Author of thesis: Bc. Adam Fridrich

Acad. year: 2024/2025

Supervisor: prof. Ing. Jan Hajný, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tomáš Lieskovan, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis focuses on building a network infrastructure for testing quantum-safe encryptors. The thesis involved the construction of a network using a virtualized environment and furthermore, performance tests for speeds up to 100 Gbit/s. The tests focus on throughput and latency of unencrypted and then encrypted traffic. Encryption of network traffic was achieved with FPGA-based encryptors and Juniper SRX4200 firewalls. Capabilities of the encryptors were further tested and verified in real-world applications.

Keywords:

Encryptor, FPGA, Juniper, Performance testing, TCP, UDP, Virtualization, Linux

Date of defence

17.06.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Telecommunications

Study programme

Information Security (BPC-IBE)

Composition of Committee

prof. Ing. Jan Hajný, Ph.D. (předseda)
Ing. Tomáš Gerlich (člen)
Ing. František Urban, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Zukal, Ph.D. (člen)
JUDr. MgA. Jakub Míšek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Willi Lazarov (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jan Hajný, Ph.D.

Cílem bakalářské práce bylo navrhnout, sestavit a ověřit infrastrukturu pro vysokorychlostní testování šifrátorů IP provozu. Tento cíl byl splněn v plném rozsahu. Výsledky práce, zejména měření různých druhů šifrátorů, mají potenciál pro další využitelnost zejména ve výzkumných a vývojových projektech UTKO. Vzhledem k omezenému rozšíření 100G prvků v laboratořích a velkým nárokům na pečlivé nastavení OS a virtualizačního softwaru pro dosažení odpovídajících rychlostí generovaného provozu považuji výsledky za velmi přínosné.

Student během semestru pravidelně konzultoval, nicméně zároveň pracoval samostatně a velmi pečlivě. Student byl schopen dobře reagovat na připomínky a změny, např. na snížení důrazu na integraci s dalšími prvky a zvýšení důrazu na různé nastavení kryptografických algoritmů u prvků Juniper. Formální i jazyková úroveň odpovídá typu práce a neobsahuje významnější nedostatky. Rozsah práce plně odpovídá typu práce.

S výsledky práce a jejich prezentací jsem velmi spokojen a navrhuji hodnocení A. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Lieskovan, Ph.D.

Bakalářská práce Adama Fridricha na téma Síťová infrastruktura pro výkonové testování kvantově odolných šifrátorů představuje mimořádně kvalitní a rozsáhlé technické dílo, které úrovní přesahuje běžný rámec bakalářských prací. Student navrhl a zrealizoval virtualizované testovací prostředí pro výkonové testy šifrovacích zařízení až do rychlosti 100 Gbit/s a provedl systematickou sérii měření zaměřených na propustnost, latenci a chování různých typů šifrátorů – FPGA (UltraScale+, Agilex) i komerčních (Juniper SRX). Součástí práce byly i reálné aplikační testy (web, video, VoIP) a testy integrace s dalšími prvky infrastruktury, např. přepínačem Mikrotik. Práce je velmi přehledně strukturovaná, formálně výborně zpracovaná a výstupy jsou prezentovány přehledně, srozumitelně a s praktickým komentářem. Dokumentace testování je natolik důkladná, že umožňuje snadnou replikaci celého postupu. Oceňuji rovněž technické zvládnutí optimalizace virtualizovaného prostředí (např. využití PCI passthrough, nastavení MTU, systémové ladění) a detailní analýzu dopadů jednotlivých nastavení na výkon. Práce je již nyní využívána v reálných výzkumných projektech, což jen podtrhuje její praktický význam. Jako oponent neshledávám žádné závažné nedostatky – technická úroveň, originalita a pečlivost provedení jsou nadstandardní. Na základě výše uvedeného doporučuji práci k obhajobě s hodnocením A (95 bodů). Topics for thesis defence:
  1. Z vašich zkušeností, jaké spatřujete největší omezení v 100G sítích?
  2. Jaké konkrétní limity virtualizovaného prostředí (např. XCP-ng a Xen Orchestra) nejvíce ovlivňovaly dosaženou propustnost a jaké další optimalizační kroky byste případně doporučil pro jejich překonání?
  3. Byly by výsledky propustnosti rozdílné oproti využití jiného hypervizoru nebo vynechání hypervizoru úplně?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová