bakalářská práce

Implementace postkvantové kryptografie na omezených zařízeních

Text práce 2.63 MB Příloha 22.12 MB

Autor práce: Vojtěch Šrubař

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Petr Dzurenda, Ph.D.

Oponent: doc. Ing. Lukáš Malina, Ph.D.

Abstrakt:

Tato bakalářská práce se zabývá experimentálním hodnocením postkvantových kryptografických algoritmů na omezených platformách. V rámci práce byly systematicky měřeny výkonnostní a paměťové charakteristiky vybraných algoritmů z~knihovny PQClean, konkrétně algoritmů pro zapouzdření klíče (KEM) a digitálních podpisových schémat. Měření bylo provedeno na třech reprezentativních mikrokontrolérech: Arduino Due (ARM Cortex-M3), Raspberry Pi Pico H (ARM Cortex-M0+) a ESP32-C3 (RISC-V). Naměřené hodnoty doby výpočtu, využití paměti Flash a spotřeby operační paměti RAM jsou porovnány s~referenčními měřeními klasické kryptografie na eliptických křivkách. Na základě výsledků jsou formulována praktická doporučení pro vývojáře omezených zařízení, připravující se na přechod k postkvantové kryptografii. Součástí práce je desktopová aplikace s~grafickým rozhraním, která automatizuje proces kompilace, nahrávání a sběru výsledků a umožňuje snadné opakování benchmarku pro další platformy či algoritmy.

Klíčová slova:

postkvantová kryptografie, PQClean, embedded systémy, mikrokontrolér, Arduino Due, Raspberry Pi Pico H, ESP32-C3, ML-KEM, ML-DSA, FN-DSA, SLH-DSA, HQC, kryptografie na eliptických křivkách, benchmark, ARM Cortex-M, RISC-V

Termín obhajoby

16.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky oponenta: V závěru je uvedeno, že měření zahrnovalo 25 PQC algoritmů, kolik z toho je různých schémat a kolik jen různých nastavení (velikost parametrů)? V práci je uveden často termín "sketch", např. nadpis „3 Implementace benchmark sketchů“, existuje obdobný pojem v češtině? Co je obsahem "sketche" v rámci měření?

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Ústav

Ústav telekomunikací

Studijní program

Informační bezpečnost (BPC-IBE)

Složení komise

prof. Ing. Jiří Mekyska, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Dzurenda, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Mácha, Ph.D. (člen)
Ing. Radim Dvořák (člen)
Ing. Ondřej Dohnal (člen)
JUDr. Pavel Loutocký, BA (Hons), Ph.D. (místopředseda)
Ing. Viet Anh Phan (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Petr Dzurenda, Ph.D.

Prezentační úroveň závěrečné práce i její rozsah jsou na dobré úrovni. Z formálního hlediska je práce rovněž na velmi dobré úrovni. Práce studenta s literaturou je na dobré úrovni. Výsledky práce mohou být využity ve výzkumných projektech zaměřených na implementaci postkvantové kryptografie (PQC) do reálných aplikačních scénářů v oblasti IoT. Student implementoval, proměřil a vyhodnotil algoritmy standardu NIST PQC na různých platformách s omezenými zdroji, jako jsou Arduino Due (ARM Cortex-M3), Raspberry Pi Pico H (ARM Cortex-M0+) a ESP32-C3 (RISC-V). Dále implementoval GUI aplikaci umožňující automatizaci procesu kompilace, nahrávání a sběru naměřených dat, která zároveň umožňuje snadné opakování benchmarků pro další platformy či algoritmy. Student pravidelně konzultoval postup řešení a průběžně reportoval výsledky své práce. Celkově hodnotím práci známkou A, 95 bodů. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 95

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
doc. Ing. Lukáš Malina, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá testováním operací postkvantové kryptografie na omezených zařízeních. V práci je nejprve představena teorie v první kapitole a ve druhé kapitole jsou popsány 3 testovací platformy a nástroje pro praktickou část. Následující části práce se již věnují implementaci měření schémat, prezentaci výsledků a popisu desktopové aplikace pro testování na platformě Arduino Due. Vzhledem k praktické povaze práce je celkový rozsah dokumentu dostačující.

Formální úprava práce je dobrá. V práci se občas vyskytují chyby v interpunkci, občasné překlepy a menší formální nedostatky, jako např. absence odkazů na některé tabulky. Jazyková úroveň je rovněž na dobré úrovni, bez větších gramatických chyb. V práci se však občas míchají anglické a české pojmy. Práce s literaturou je na velmi dobré úrovni (60 referencí).

Dosažené výsledky měření jsou přehledně prezentovány formou tabulek a grafů. Celková odborná úroveň práce je velmi dobrá a vyvinutou aplikaci pro automatizované testování lze využít i pro navazující práce.

Celkově se jedná o kvalitní bakalářskou práci, kterou doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením 90 bodů / A. Otázky k obhajobě:
  1. V závěru je uvedeno, že měření zahrnovalo 25 PQC algoritmů, kolik z toho je různých schémat a kolik jen různých nastavení (velikost parametrů)?
  2. V práci je uveden často termín "sketch", např. nadpis „3 Implementace benchmark sketchů“, existuje obdobný pojem v češtině? Co je obsahem "sketche" v rámci měření?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 90

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová