密碼芯片能量分析研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著現(xiàn)代密碼技術和計算機技術的發(fā)展，兩者的結合日趨緊密，密碼協(xié)議和算法的應用通常都是以軟件方式在通用處理器平臺上實現(xiàn)的，或者運行在定制的硬件單元上，這類密碼芯片在現(xiàn)代信息安全中已經(jīng)得到廣泛的應用，如手機卡、銀行卡、USB口令等，密碼芯片已經(jīng)和我們?nèi)粘５墓ぷ魃罱Y合的越來越緊密。然而，物理元件的使用必然會與其所處的環(huán)境發(fā)生物理交互作用，因此，物理器件的信息泄漏是不可避免的。
　　在傳統(tǒng)密碼攻擊方法中，攻擊一個密碼算法時，首先就是深入

2、研究這個密碼算法的實現(xiàn)，找出算法存在的漏洞，然后運用數(shù)學的知識對密碼算法進行破譯。這是最初最傳統(tǒng)的攻擊方法。而側信道分析技術（Side Channel Attack，SCA）是利用電子芯片在進行加解密時，計量密碼芯片與外界環(huán)境的物理交互信息，利用統(tǒng)計學中相關性計算方法，來得到密鑰信息。對密碼系統(tǒng)的攻擊往往客觀上分為入侵式、半入侵式、非入侵式，側信道這種攻擊的非入侵方式對密碼設備的安全性造成了巨大威脅。國內(nèi)外在該領域的研究已經(jīng)取得可觀的成

3、果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多種側信道攻擊方法。Kocher在十余年前，提出了計時攻擊和能量分析攻擊，這類側信道攻擊方法是依據(jù)密碼設備的內(nèi)部狀態(tài)和在運行加密算法過程中不同時間點所獲得的物理測量之間存在相關性，而這種相關性往往和密鑰信息以及相應的操作數(shù)據(jù)直接關聯(lián)。隨著側信道攻擊技術的不斷發(fā)展，已經(jīng)有許多方法被發(fā)表。目前，能量分析攻擊方法是最強大的側信道攻擊方法之一，因為現(xiàn)在的密碼算法都是在電子元器件所構成的大規(guī)模集成電路上面實現(xiàn)的，因此在進行邏輯0與邏

4、輯1的交互過程中，一定會有高電平和低電平的差異，這類物理元件的電磁泄漏是很難避免的，這就為能量攻擊提供了基礎。常用的方法有簡單能量分析攻擊(Simple Power Analysis，SPA)、差分能量分析攻擊(Differential PowerAnalysis，DPA)、相關能量分析攻擊(Correlation Power Analysis，CPA)。
　　本文首先介紹了密碼學常用算法的內(nèi)部結構和加解密過程，包括對稱算法和非對