Дослідження обчислювальних процесів у високопродуктивних обчислювальних системах при розв’язанні задач криптоаналізу

Abstract

В дипломній роботі виконано дослідження обчислювальних процесів у високопродуктивних обчислювальних системах при розв’язанні задач криптоаналізу. Аналізувався криптоаналіз хеш-функцій, а саме виникнення колізій, методи повного перебору, парадокс днів народження. Для реалізації криптоаналітичних алгоритмів використано програмні та апаратні засоби. У роботі обґрунтована архітектура паралельної та розподіленої комп'ютерної системи на базі доступних компонентів: графічних плат nVidia та багатоядерних x86_64 процесорів. Графічні процесори забезпечують дрібнозернистий паралелелізм, а ядра центральних процесорів крупнозернистий. Обчислювальні системи об’єднані комунікаційним каналом GigabitEthernet. Технологією програмування графічних процесорів nVidia використано CUDA (бібліотека jCUDA для роботи з Java), ефективне використання ядер центрального процесора забезпечується використанням Java Fork-Join фреймворку, а робота по мережі в рамках технології MPI забезпечується програмною системою OpenMPI з відповідною Java-оболонкою. Таким чином досліджуване програмне забезпечення реалізоване з використання технології Java. У роботі наведені результати оцінювання ефективності використання відповідних технологій. Застосування технології Java дало змогу використати усі конкурентні переваги даної мови програмування, зокрема простоту, надійність та високу ефективність. Використано Java 8 фреймворк Fork-Join.

Master diploma thesis deals with the study of computational processes in high-performance computing systems for solving cryptanalysis problems. Hash functions cryptanalysis, such as collisions, brute-force methods, birthday paradox problem are analyzed. Cryptanalytic algorithms, software and hardware implementations are analyzed. The work proved architecture of parallel and distributed computer systems based on the low-cost components: nVidia graphics cards and multi-core x86_64 processors. GPUs provide small parallelism and coarse parallelism is provided by CPU cores. Computing systems combined by GigabitEthernet communication channel. Programming techniques used in investigation: for nVidia GPUs - CUDA (jCUDA wrapper library for working with Java), efficient usage of CPU cores is provided by Java Fork-Join framework, and network communication provided by MPI especially by OpenMPI with Java-wrappers. Thus studied software technology implemented by Java. The results of computational experiments prove effectiveness of appropriate technologies usage. The use of Java technology enabled to use all the competitive advantages of this programming language: simplicity, reliability and high efficiency. Java 8 Fork-Join framework was used to carry out computations.