基于FPGA加密芯片的DPA实现与防御研究

差分功耗分析是破解AES密码算法最为有效的一种攻击技术,为了防范这种攻击技术本文基于FPGA搭建实验平台实现了对AES加密算法的DPA攻击,在此基础上通过掩码技术对AES加密算法进行优化与改进。通过实验证明改进后的AES算法能有效的防范DPA的攻击。     

基于汉明重的LED代数旁路攻击研究

对CHES 2011会议提出的LED轻型分组密码抗代数旁路攻击能力进行了评估。给出了密码算法代数旁路攻击模型及LED密码代数方程表示方法;利用示波器采集微控制器ATMEGA324P上的LED实现功耗泄露,选取功耗特征较为明显的部分泄露点,基于 Pearson 相关系数方法推断加密中间状态汉明重;分别基于可满足性问题、伪布尔优化问题、线性编程问题给出了LED密码和汉明重泄露的3种代数方程表示方法;使用CryptoMinisat和SCIP 2种解析器对建立的代数方程求解恢复密钥,在已知明文、未知明密文、容错等场景下进行了大量的攻击实验。结果表明,LED易遭受代数旁路攻击,一条功耗曲线的1轮汉明重泄露分析即可恢复64 bit完整密钥。     

功耗分析研究平台及其应用

文章提出并实现了一种功耗分析研究平台，该软件平台具有精度高，模拟速度快等特点，并且在这个平台上实现了基于汉明差的差分功耗分析。为今后的功耗分析及抗分析的理论研究提供了必要的基础和参考。     

一种抗DPA的AES的设计

为了防止智能卡在做加密运算时,旁路信息会通过功耗的变化而泄露,提出了一种抗差分功耗分析攻击的方法.首先研究了AES算法的加密规则,然后采用8位的处理器模拟智能卡,在智能卡上实现了对AES算法中的轮密钥加的差分功耗攻击.为了抵抗轮密钥加的差分功耗攻击,文中在算法级别上提出了一种掩码技术,其核心是用不同的随机量对密码运算过程中明文和密钥进行掩码,实验结果表明,该方法成功地抵抗了差分功耗攻击.     

物理可观测下DES的安全性研究

利用物理观测效应进行的旁路攻击,是通过对密码设备工作时泄漏的时间、功耗等信息的分析,获取密码系统的密钥或相关秘密信息.已有大量防护对策但并没有从根本上阻止攻击.本文在AT89C52上加载了DES算法,并在该平台上对差分功耗旁路攻击与防护方法进行了实验和验证.根据Micali和Reyzin建立的物理观测密码术理论模型,将该模型具体化,对可以抵抗黑盒攻击的密码要素进行修正以抵抗基于物理泄漏的旁路攻击,将RO(random oracle)模型用于物理观测现实世界的安全性证明,给出了对称加密方案物理可观测下安全性定义,并对DES定义了在DPA攻击下的安全性.     

PFM：一种抗高阶功耗攻击的SMS4算法

针对已有的SMS4功耗攻击方法,设计了一种适合低功耗小面积的固定值掩码SMS4算法.首先,对SMS4算法结构及内部加密运算流程进行研究;设计了一种SMS4原子掩码算法来抗高阶功耗攻击,该方法使各中间变量均被掩码;在此方法的基础上,为了减少芯片的面积和功耗以适应特殊环境下的加密应用(如特殊环境的传感器加密通信节点),提出了一种改进的固定值掩码算法:伪随机固定值掩码算法(PFM)及其实现技术.实验结果证明,该方法在芯片面积和功耗增加不大的情况下,可以有效抵抗二阶差分功耗攻击.     

针对ECC密码芯片的CPA分析研究

相关性功率分析（CPA）方法可有效地对加密的集成电路芯片进行攻击解密,它绕过了加解密算法繁琐的数学分析,从而获取密码和信息。应用CPA分析攻击嵌有椭圆曲线算法的芯片,搭建实验平台,获取加密时的电磁数据,并用统计学、密码分析学和信号处理的方法推导分析得出结论,从而成功破解加密系统。     

基于差异度的密码芯片旁路攻击研究

针对旁路攻击方法存在的样本量大、分析时间长等问题,结合微控制器的系统结构,分析了旁路泄漏信号的噪声来源及其差分抑制方法;定义了信号差异度和汉明距离差异度,分析了二者间的反比映射关系;利用加密过程中差异度的变化特征,提出了基于差异度的密钥分析方法;以DES密码算法为验证目标,仅用150组功耗轨迹,分析用时1.03 s破解了密钥,可推广应用于以通用微控制器作为实现载体的其他分组密码系统。     

基于HMM的微控制器旁路模板指令序列恢复

针对微控制器代码旁路逆向恢复的问题,采用逆向工程思想与旁路攻击方法,依据不同的指令在芯片内执行时,会产生不同的功耗旁路泄漏信号这一特点,在已实现的单条指令旁路模板恢复的基础上,综合考虑程序的"上下文"信息,运用隐马尔可夫模型(HMM)对该问题进行建模描述与求解.对AT89C52微控制器中运行的数据加密标准(DES)加密算法的部分指令序列的恢复实验表明,该方法能够有效的恢复出微控制器芯片中运行的指令序列.     

AES密码分析的若干新进展

2001年11月,美国国家标准和技术研究所(NIST)确定Rijndael算法为新的数据加密标准-高级数据加密标准(AES).AES的密码分析是目前最受注目的一个研究问题.本综述介绍AES密码分析的一些新进展:包括积分密码分析,功耗分析和代数攻击等.作者就目前国内外的研究现状作了评述,并提出了AES密码分析的一些研究方向,希望能引起大家的重视.