基于高级加密标准的远场电磁旁路攻击

电磁旁路攻击是旁路攻击中的一种有效方法，为了克服传统的电磁旁路攻击必须近距离获取电磁信息的局限性，针对没有电磁防护的密码设备提出一种基于相关性分析的远场攻击方法.使用微控制器运行高级加密标准算法，使用天线在远场探测电磁信号，先对采集的电磁信号均值和滤波以减少噪声的影响，再使用相关性分析方法进行旁路攻击，在天线距离微控制器10 m处成功破解出完整的密钥.同时也对远场电磁旁路攻击中的频率和样本量做了深入研究，带有密钥信息的电磁旁路主要集中在一段频率范围内，而且随着样本量的增加密钥信息越明显，以此为基础结合密码芯片产生密钥信息泄露的机理，提出了改进的电磁旁路攻击方法.     

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。     

基于旁路分析的集成电路芯片硬件木马检测

针对密码芯片中硬件木马电路检测的困难性,介绍了根据芯片旁路信息进行硬件木马检测的思想．在形式化定义基于旁路分析的硬件木马检测问题的基础上,分析了含硬件木马与不含硬件木马的密码芯片对应旁路信号在主成份分析结果上的差异,并以此对FPGA实现的含硬件木马的DES密码原型芯片进行了检测实验,实验结果表明了基于旁路信号主成份分析在密码芯片硬件木马检测中的效果．     

旁路模板在密码芯片指令分析中的应用

集成电路微控制器芯片在执行不同的指令时会产生不同的功耗旁路泄露特征,根据这些特征用统计方法构建对应不同指令以及指令执行路径的旁路模板,并根据极大似然方法匹配目标芯片工作时泄露的功耗旁路信号,进而推断芯片中程序的执行路径甚至指令代码.针对微控制器(AT89C52)上实现的RSA二进制模幂算法的简单旁路模板分析验证了旁路模板分析对于推断程序执行路径的可行性,对微控制器典型指令的统计旁路模板分析实验说明了旁路模板分析在芯片指令逆向工程中的可行性.     

一种针对密钥的单比特电磁模板攻击方法

旁路信息泄露是安全设备面临的一种严重威胁,通过检测包括电磁在内的任何一种旁路,都可能提取密钥信息。提出一种通过被动的监视和利用数据加密标准(DES)密码芯片的电磁泄漏来获取密钥的单比特电磁模板攻击方法。该方法与传统的模板攻击相比有三点显著的不同:一是直接以密钥为攻击目标而不是密钥的算法置换;二是为单比特建立模板而不是多个比特;三是不需要已知明文或密文。针对DES加密方案的实验结果确认了这种方法在密码分析中的有效性。     

基于主成分分析的指令旁路模板分析方法

提出一种微控制器指令逆向恢复方法.根据微控制器内执行的指令与功耗、电磁等旁路信号之间的相关性,为不同指令分别构建旁路模板,将未知指令的旁路轨迹与模板进行匹配来恢复指令.为解决旁路轨迹中样本点数量较大,导致的模板构建与匹配效率较低的问题,利用主成分分析(PCA)的方法从功耗轨迹中提取旁路信号主成分.实验结果显示,在约400个样本点中选取约30个分量的相同条件下,PCA 方法获得的匹配正确率比人工选取有效点方法提高近50%.     

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.     

针对IDEA算法实现方式的时间攻击

传统上认为,密码系统的安全性主要依赖于系统使用的密码算法的安全性,对系统的攻击是基于敌手只能通过系统的输入输出信道获取信息的假设。实际上,密码系统的旁路信息（如时间信息等）也可以被利用来实现攻击。时间攻击就是这一类攻击方法,它通过分析密码系统的运算环节在执行加密过程中的时间信息来恢复密钥。针对IDEA密码算法的实现特点提出一种时间攻击方法,从理论上分析该方法的有效性,并给出抵抗这种攻击的对策。     

对混沌序列密码的相关密钥攻击

该文首次提出了对混沌序列密码的相关密钥攻击方法。该方法将线性密码分析的思想与对混沌密码的分割攻击方法相结合, 利用多个相关密钥产生的乱数序列对混沌密码实施分割攻击, 从而大大提高了分割攻击方法的效率, 克服了当混沌密码吻合度分布泄漏的信息较小或密钥规模较大时, 分割攻击方法难以将攻击方案的计算复杂性降低在可实现范围内的局限。作为例子, 该文实现了对具有64bit密钥的ZLL混沌密码的相关密钥攻击, 在主频为2.5GHz的Pentium 4-PC机上, 整个攻击时间平均为154s, 成功率为0.96。     

针对RSA密码算法的指令Cache攻击方法

以OpenSSL0.9.8e实现的RSA密码系统解密/签名执行过程为攻击对象,以RSA密码实现过程中利用的蒙哥马利模乘算法中的额外约简步骤为突破点,以随着密钥位的不同而会产生不同的约简步骤为理论基础,将指令Cache分析作为检测额外约简步骤发生的工具进行密码分析,最终恢复原始密钥,从而证明指令cache分析,对成功实施RSA密码攻击的可行性.     

基于微控制器的AES激光注入攻击研究

密码设备面临故障攻击的威胁,针对密码芯片的故障攻击手段研究是密码学和硬件安全领域的重要研究方向.脉冲激光具有较好的时空分辨性,是一种准确度较高的故障攻击手段.该文详细描述了激光注入攻击的原理和方法,以集成AES-128算法的微控制器(MCU)为例实施了激光注入攻击实验.实验以微控制器的SRAM为攻击目标,分别成功实现了差分故障攻击和子密钥编排攻击,恢复了其16 Byte的完整密钥,其中后一种攻击是目前首次以激光的手段实现.研究表明,激光注入攻击能准确定位关键数据存放的物理位置,并能在任意的操作中引入错误,实现单比特的数据翻转,满足故障攻击模型的需求.激光注入攻击能在较短时间内完成自动攻击和密文收集,攻击过程贴近真实场景,对密码芯片具有极大的威胁.     

基于微控制器的AES激光注入攻击研究

密码设备面临故障攻击的威胁,针对密码芯片的故障攻击手段研究是密码学和硬件安全领域的重要研究方向。脉冲激光具有较好的时空分辨性,是一种准确度较高的故障攻击手段。该文详细描述了激光注入攻击的原理和方法,以集成AES-128算法的微控制器(MCU)为例实施了激光注入攻击实验。实验以微控制器的SRAM为攻击目标,分别成功实现了差分故障攻击和子密钥编排攻击,恢复了其16 Byte的完整密钥,其中后一种攻击是目前首次以激光的手段实现。研究表明,激光注入攻击能准确定位关键数据存放的物理位置,并能在任意的操作中引入错误,实现单比特的数据翻转,满足故障攻击模型的需求。激光注入攻击能在较短时间内完成自动攻击和密文收集,攻击过程贴近真实场景,对密码芯片具有极大的威胁。     

Utility analysis and evaluation method study of side channel information

In order to improve the efficiency and success rate of the side channel attack, the utility of side channel information of the attack object must be analyzed and evaluated before the attack implementation. Based on the study of side-channel attack techniques, a method is proposed in this paper to analyze and evaluate the utility of side channel information and the evaluation indexes of comentropy Signal-to-Noise Ratio （SNR） are introduced. On this basis, the side channel information （power and electromagnetic） of a side channel attack experiment board is analyzed and evaluated, and the Data Encryption Standard （DES） cipher algorithm is attacked with the differential power attack method and differential electromagnetic attack method. The attack results show the effectiveness of the analysis and evaluation method proposed in this paper.     

功耗分析攻击中的功耗与数据相关性模型

在对密码设备进行功耗分析攻击时,攻击者需要建立密钥或者与密钥关联的数据值与被攻击设备的功耗相关性模型,藉此通过对功耗的分析破解出敏感信息。从攻击者的角度对器件功耗物理特性分析的基础上,重构了汉明距离模型和汉明重量模型,并从理论上证明了汉明重量模型的正确性,并建立起MCU功耗采集平台,验证了汉明重量模型的有效性和实用性。     

一种新型的密码芯片安全评估方法

安全性评估是密码芯片设计中的重要环节。传统的安全性分析方法主要包括泄漏评估和侧信道攻击,但是这些方法需要采集大量功耗曲线,对时间和采集设备都有较高要求。提出了利用芯片仿真波形进行安全性分析,并基于此设计了一种仿真安全分析软件。实验结果表明,仿真波形分析能够快速检测出加解密运算过程中出现的信息泄漏,且仿真分析需要的曲线条数与实际侧信道攻击需要的功耗曲线条数存在定性关系。与之前的安全分析技术相比,该方法主要应用于数字前端设计阶段,对硬件设备没有要求,可以极大节省时间和成本。     

抗侧信道攻击的服务功能链部署方法

侧信道攻击是当前云计算环境下多租户间信息泄露的主要途径,针对现有服务功能链(SFC)部署方法未充分考虑多租户环境下虚拟网络功能(VNF)面临的侧信道攻击问题,该文提出一种抗侧信道攻击的服务功能链部署方法。引入基于时间均值的租户分类策略以及结合历史信息的部署策略,在满足服务功能链资源约束条件下,以最小化租户所能覆盖的服务器数量为目标建立相应的优化模型,并设计了基于贪婪选择的部署算法。实验结果表明,与其他部署方法相比,该方法显著提高了恶意租户实现共存的难度与代价,降低了租户面临的侧信道攻击风险。     

白盒SM4的分析与改进

差分计算分析(DCA)是一种应用于白盒实现安全性分析的侧信道分析手段,其高效性在白盒高级数据加密标准(AES)的分析工作中已得到验证。该文针对白盒SM4方案提出一种类差分计算分析的自动化分析方法,该分析以白盒SM4方案中的查找表结果为分析对象,采用统计分析的方法提取密钥,称为中间值平均差分分析(IVMDA)。相比于已有的白盒SM4的分析方法,中间值平均差分分析所需要的条件更少,分析效率更高。在对白盒SM4方案进行成功分析后,该文提出一种软件对策以提高白盒SM4方案的安全性,该对策利用非线性部件对白盒方案中的中间状态进行混淆,消除中间状态与密钥之间的相关性。实验证明该对策可以有效抵抗中间值平均差分分析。     

An adaptive KPCA approach for detecting LDoS attack

Low‐rate denial‐of‐service (LDoS) attack sends out attack packets at low‐average rate of traffic flow in short time. It is stealthier than traditional DoS attack, which makes detection of LDoS extremely difficult. In this paper, an adaptive kernel principal component analysis method is proposed for LDoS attack detection. The network traffic flow is extracted through wavelet multi‐scale analysis. An adaptive kernel principal component analysis method is adopted to detect LDoS attack through the squared prediction error statistics. Key parameters such as the parameter of the radial basis function, the number of principal components, and the squared prediction error confidence limit are adaptively trained with training data and updated with the network environment. Simulation is accomplished in NS‐2 environment, and results prove the favorable LDoS attack detection efficiency by the proposed approach. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

针对密码芯片频域互信息能量分析攻击

在对密码芯片进行时域上互信息能量分析基础上,提出频域上最大互信息系数能量分析攻击的方法。该方法结合了密码芯片在频域上信息泄露的原理和互信息能量分析攻击的原理,引入了最大互信息系数的概念,避免了在时域上进行曲线精确对齐的操作,并针对国产密码算法SMS4进行了攻击测试。实验表明,频域上最大互信息系数攻击的有效性扩展了侧信道能量分析攻击的方法。