防御差分功耗分析攻击技术研究

差分功耗分析(DPA)攻击依赖于密码芯片在执行加密/解密过程中功耗与数据及指令的相关性,利用统计学等方法对收集到的功耗曲线进行分析,盗取关键信息,对密码芯片的安全性构成极大威胁。防御DPA攻击技术的开发与研究,已经成为信息安全领域的迫切需求。该文在归纳DPA攻击原理的基础上,对主流防御DPA攻击技术的理论与设计方法进行概述与分析,指出防御DPA前沿技术的研究进展。重点讨论防御DPA攻击技术的原理、算法流程和电路实现,包括随机掩码技术、功耗隐藏技术、功耗扰乱技术等等,并详细分析这些技术存在的优缺点。最后,对该领域潜在的研究方向与研究热点进行探讨。     

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.     

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。     

一种抗二阶功耗分析的DES算法实现方案

旁路攻击是一种利用密码设备在运行时泄露的旁路信息对其进行攻击的一种方法。Paul Kocher等人在1998年提出的功耗分析,是目前使用最广泛的一种旁路攻击方法。掩码技术通过对密码设备所处理的中间值进行随机化,来消除设备功耗与数据之间的相关性,从而达到防护的目的。文中提出了一种抗二阶功耗分析的DES算法掩码实现方案,增强了防护的效果并在之后的一个实验中,验证了方案的有效性。     

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.     

面向NFC应用的DES/3DES算法研究与仿真实现

在分析DES/3DES密码算法及常用抗攻击策略的基础上,从DES算法的功耗点和代码的简易程度着手,进一步改进掩膜方法,提出了一种抗DPA攻击的DES/3DES改进算法,该算法可支持ECB和CBC工作模式.利用SystemC建立算法模型并进行验证,完成了满足NFC应用要求的DES/3DES密码协处理器的设计和仿真;建立了一套SystemC算法模型和RTL电路自动仿真系统,以减少开发周期及研发成本.对改进算法及电路所做的仿真验证了电路的有效性.     

一种抗DPA攻击的DES设计

DES是中国信息传递领域中通常采用的密码算法，在金卡工程中得到广泛应用．文中分析了DES算法的加密和解密规则，介绍了差分功耗分析对DES进行攻击的方法，并从设计实现角度提出改进措施以达到抗差分功耗分析攻击的效果．     

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.     

分组密码线性部件的抗功耗攻击特性

通过对FPGA实现的分组密码SM4进行实际攻击,发现了SM4的线性部件使其具有抗差分功耗攻击的能力,研究并归纳了一般分组密码中线性部件的结构特性和其抗功耗攻击能力的关系,从而提出了一种针对分组密码的算法设计层面的功耗攻击防护措施.完成了对硬件实现的国密SM4算法的成功的DPA攻击.     

抗旁路攻击的分组密码电路自动防护方法

文中提出了一种抗旁路功耗攻击的分组密码电路的自动防护方法,重点介绍了密码电路防护和自动防护方法,如隐藏技术、掩码技术、追踪算法等。通过修改高级程序语言代码实现自动防护,给出了应用于DES密码算法的两种防护方案且具有较好的防护效果。     

Secure Hardware Implementation of ARIA Based on Adaptive Random Masking Technique

The block cipher ARIA has been threatened by side‐channel analysis, and much research on countermeasures of this attack has also been produced. However, studies on countermeasures of ARIA are focused on software implementation, and there are no reports about hardware designs and their performance evaluation. Therefore, this article presents an advanced masking algorithm which is strong against second‐order differential power analysis (SODPA) and implements a secure ARIA hardware. As there is no comparable report, the proposed masking algorithm used in our hardware module is evaluated using a comparison result of software implementations. Furthermore, we implement the proposed algorithm in three types of hardware architectures and compare them. The smallest module is 10,740 gates in size and consumes an average of 47.47 μW in power consumption. Finally, we make ASIC chips with the proposed design, and then perform security verification. As a result, the proposed module is small, energy efficient, and secure against SODPA.     

一种轻量级数据加密标准循环掩码实现方案

随着智能卡技术的不断发展,智能卡芯片的安全性也面临越来越大的挑战。在众多加密算法中,数据加密标准(DES)算法是一种应用较广的对称加解密算法。为了抵御各种侧信道攻击,使用最为广泛的是在算法中通过掩码技术来消除真实密钥和功耗相关性,该文提出一种新的适用于DES的循环掩码方案,和之前文献中的预计算掩码方案相比,不仅预计算量大大减少,而且整个DES运算过程的中间数据都是带有掩码的,把掩码拆分后,还可以防护高阶攻击。     

基于Logistic映射和超混沌的自适应图像加密算法

为了实现对图像信息的有效保护,提出了一种基于Logistic映射和超混沌系统的图像加密算法.该算法主要思想是利用Logistic映射产生的混沌序列对明文进行像素置乱并结合超混沌以及图像自身的像素分布特征,对不同的像素点进行不同方式的像素灰度变换.仿真实验和安全性分析表明,该算法具有较高的安全性,拥有较大的密钥空间且对密钥具有相对较高的敏感性,同时实现了＂一次一密＂的加密目标,可以有效地抵御穷举攻击、统计攻击以及选择明文攻击等.     

离散时空混沌的动态DES加密算法研究及其分析

DES加密算法是一种重要的加密算法,但其存在一定的缺陷,为弥补缺陷,在DES加密算法的基础上提出了一种基于OCML离散时空混沌的动态DES加密算法(DSCDDES)来提高DES的安全性能,为了克服计算机的有限精度的缺陷而采用微扰动技术来改善OCML的伪随机性。仿真和分析表明该算法具有比普通DES加密算法更高的安全性能。     

SQL注入与安全防范技术分析

SQL注入是目前非常流行的对网络安全造成严重威胁的网络攻击方法。文章简要介绍SQL注入原理和危害,从多个角度分析如何防止SQL注入从而更好地维护网络安全。     

Design of differential power analysis resistant crypto chip based on time randomization

Differential Power Analysis (DPA) is an effective attack method to break the crypto chips and it has been considered to be a threat to security of information system. With analyzing the principle of resist-ing DPA, an available countermeasure based on randomization is proposed in this paper. Time delay is in-serted in the operation process and random number is precharged to the circuit during the delay time, the normal schedule is disturbed and the power is randomized. Following this methodology, a general DPA re-sistance random precharge architecture is proposed and DES algorithm following this architecture is imple-mented. This countermeasure is testified to be efficient to resist DPA.     

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.     

基于改进RSA算法的隐私数据集同态加密方法

为提高对数据集的加密效果和保障数据集的安全性,在分析传统非对称密钥(RSA)算法运行原理及其参数选择、素数判定条件的基础上,提出了改进RSA算法。为进一步提升加密速度,引入数据加密(DES)算法。首先利用DES算法实现明文数据集的加密,并针对密钥进行RSA加密;在此基础上,在明文和密文空间中,利用加法同态过程对密文进行计算,并通过对结果的解密操作得到相应的明文计算结果。实验结果表明,与基于传统RSA算法或DES算法的加密方法相比,该方法的加密效率和抵御攻击成功率更高,加密过程耗时5~6 s,抵御攻击成功率保持在95%上下,说明该方法能够有效保护隐私数据集的安全。     

智能卡差分能量分析实验平台实现与数据优化

随着密码学和密码芯片的广泛应用,针对密码芯片的攻击也日益增多.差分能量分析（Differential Power Analysis,DPA）攻击是最常见的一种侧信道攻击方法.DPA攻击者无须了解加密算法的具体细节,而只通过密码设备的能量迹分析即可破解出设备的密钥.因此,研究DPA攻击十分必要.实现了智能卡DPA实验系统,并对于此系统的能量迹测量数据进行优化处理,从而更有利于针对此类攻击的分析和相应防御措施的设计.     

高安全高性能RSA协处理器的设计与实现

为保证智能电网中的数据安全,防止电力通信过程中的数据被篡改,安全芯片的应用必不可少,而RSA算法是安全芯片中应用最广泛的公钥算法之一。RSA算法复杂度高,硬件实现功耗较大,在设计的过程中常常无法完全兼顾性能、功耗、安全性等各个方面。文章设计了一种高性能、能抵抗常见侧信道攻击及EMA电磁攻击的高安全RSA协处理器。提出的随机存储模幂算法真伪运算结果的防护策略,增强了协处理器抵抗侧信道攻击、差分功耗攻击以及EMA电磁攻击的能力。通过两个层级的算法优化来提升协处理器性能,并通过结合CIOS平方算法和Karatsuba算法的改进的Montgomery模乘算法,使得1 024位带防护的RSA算法在UMC 55 nm工艺下的面积为4.8万门@30 MHz,功耗为4.62 mW@30 MHz,FPGA开发板上进行API测试的性能为709.3 kbit/s。