抗高階DPA攻擊的AES方案研究與高效實現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)實世界中密碼算法實現(xiàn)受到各種各樣的側(cè)信道攻擊(Side-Channel Attacks，SCAs)，包括差分能量分析(Differential Power Analysis，DPA)攻擊。掩碼是一個廣泛應(yīng)用的保護高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）等分組密碼不受DPA攻擊的方案措施。相關(guān)的原理是將算法操作的每一個中間變量分為多個份額并分別處理這些份額。高階DPA攻擊利用了多個中間變量的聯(lián)合泄

2、漏，并能夠攻擊低階的掩碼方案，在這里“階”的意思是指同一時間被探測的中間變量的個數(shù)。隨著階數(shù)的增加，執(zhí)行高階DPA攻擊的復(fù)雜性呈指數(shù)級別增長。這意味著，我可以使用一個特定的d階掩碼方案去抵抗實踐中的高階DPA攻擊。然而，任何高階掩碼方案的難點在于如何高效的掩蓋非線性轉(zhuǎn)換S盒。文獻中存在兩種解決該問題的基本方法，也就是說，基于ISW的技術(shù)和查找表重計算方法。在CHES2010，Rivain和Prouff(RP)提出了一個屬于第一個分類的可

3、證安全的通用d階AES掩碼方案。盡管最初的RP方案包含一個由于掩碼刷新過程引入的缺陷，它仍然促生了對任意S盒的高階掩碼方案的設(shè)計。除此之外，以所需的安全非線性的安全域乘法的數(shù)目衡量，RP方案仍然是AES最高效的高階掩碼方案。
　　為了方便AES的高階掩碼方案在實踐中部署，我們在解決了RP方案中缺陷的基礎(chǔ)上使用ARM NEON指令集開發(fā)了一個高效的RP方案的實現(xiàn)。在經(jīng)過了詳盡的復(fù)雜性分析之后，我們總結(jié)出域乘法和隨機數(shù)生成是RP方案中

4、對性能至關(guān)重要的組成部分;在每個敏感變量有n個分享的情況下，RP方案需要O(n2)個域乘法和隨機數(shù)生成。得益于NEON指令集的豐富性，我們分別只需要15個指令去實現(xiàn)這兩個部分。我們對不同實現(xiàn)的模擬表明我們在實現(xiàn)中集成DPA防范措施（基于RP的掩碼方案）導(dǎo)致的性能損失明顯的低于先前的工作。例如，我們的二階DPA防范措施（每個敏感變量有三個分享）只比不包含DPA防范措施但是抵抗緩存-時間攻擊的基準實現(xiàn)慢9倍。這些模擬同時表明我們的高效實現(xiàn)足