智能卡中抗能量分析攻擊的算法研究.pdf

1、近年來,智能卡在諸如金融、交通、軍事、通信等很多領(lǐng)域應(yīng)用變得日益廣泛,智能卡在這些領(lǐng)域中也扮演著舉足輕重的角色。而與此同時(shí),針對智能卡的攻擊也越來越頻繁,因此,智能卡的安全問題變得尤為重要。智能卡很容易遭受到一些側(cè)信道攻擊,例如能量分析攻擊。其中最主要包括簡單能量分析攻擊和差分能量分析攻擊。因此,本論文針對智能卡中抗能量分析攻擊的方法展開了研究,提出了通過隨機(jī)執(zhí)行和動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)等手段的具體算法。
　　本論文涉及到如下內(nèi)容:

2、　?、賹⒖鼓芰糠治龉舻难芯繉ο?從以前的智能卡系統(tǒng)中一個(gè)具體加密應(yīng)用,例如,DES、RSA等具體加密算法,抽象為一個(gè)更加通用的研究對象——數(shù)據(jù)流圖。將加密算法中的一條執(zhí)行指令對應(yīng)于數(shù)據(jù)流圖中的一個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)。以數(shù)據(jù)流圖為研究對象,對其中的任務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)執(zhí)行或者動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)等操作,從而實(shí)現(xiàn)新算法對加密應(yīng)用的普適性。在抗能量分析攻擊方面,提出的新算法不是僅適應(yīng)于具體的一個(gè)加密應(yīng)用,而是適應(yīng)于所有的加密算法。
　?、谔岢隽硕喾N抗能量分

3、析攻擊的隨機(jī)執(zhí)行新算法。從一個(gè)新的角度來解決隨機(jī)執(zhí)行問題,將加密程序中的循環(huán)代碼段作為一個(gè)新的研究對象。在循環(huán)代碼段中,運(yùn)用指令調(diào)度技術(shù)實(shí)現(xiàn)加密程序的隨機(jī)執(zhí)行。隨機(jī)執(zhí)行算法中,引入了空指令的概念,并對空指令進(jìn)行條件執(zhí)行,或者在數(shù)據(jù)流圖中添加獨(dú)立空指令,或者對某些特有的任務(wù)節(jié)點(diǎn)分配綁定空指令,利用一個(gè)循環(huán)控制器對每一步執(zhí)行的指令進(jìn)行隨機(jī)控制。新的隨機(jī)執(zhí)行算法在降低能量消耗軌跡均方差方面有顯著效果,因而能很好的抵抗能量分析攻擊。
　　

4、③提出了三個(gè)抗能量分析攻擊的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)算法。利用動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù),對能量消耗軌跡中,能耗相對較高的任務(wù)節(jié)點(diǎn)和能耗相對較低的任務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)處理。吸取了以往動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)對任務(wù)節(jié)點(diǎn)降壓處理從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又逆向思維,對一些特殊任務(wù)節(jié)點(diǎn)采取升壓處理,通過雙向動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)將升壓和降壓處理相結(jié)合,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)總能耗與總運(yùn)行時(shí)間的相對平衡。很好地將智能卡中應(yīng)用程序的能量消耗軌跡拉平,從而提升能量分析攻擊的難度。
　　

5、④實(shí)驗(yàn)選取Mibench中的十個(gè)基準(zhǔn)測試單元,并將提出的算法在它們之上一一地實(shí)現(xiàn)。從Mibench中挑選出的基準(zhǔn)測試樣本,使用GNUARM-elf交叉編譯器將它們編譯成ARM-elf可執(zhí)行文件,并最終在模擬實(shí)驗(yàn)平臺ARMDeveloperSuitev1.2上完成我們的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的處理器模型為ARM7TMDMI核,能量測試平臺為Sim-Wattch。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果從均方差、信息熵等指標(biāo)衡量了新算法在抗能量分析攻擊上的實(shí)際效果。并且從系統(tǒng)的能