RISC-V随机化过程的抗功耗分析攻击设计

提出了一种基于随机化过程来抵御功耗分析攻击的方法。该随机化过程综合采用3种手段：在指令执行过程中，随机生成并插入与上一条真实指令相似的虚拟指令，使得插入的随机功耗与上条真实指令相近以避免被准确分析功耗；在指令执行、写回阶段插入一个随机延时来混淆指令执行时间以避免被准确定位；通过4种不同频率的时钟随机切换来对系统时钟进行扰乱以混淆瞬时功耗。基于CV32E40P处理器实现了该方法并通过相关功耗分析攻击进行实验，实验结果表明得到的最高相关性系数为0.139,比原处理器低0.641,该方法大大提高了处理器的抗功耗分析攻击能力。     

基于动态双轨逻辑的抗功耗攻击安全芯片半定制设计流程

采用动态双轨逻辑实现安全芯片中密码运算模块可以有效抗功耗攻击,但也存在面积、功耗以及运算性能等方面的弱点.本文采用动态双轨与静态单轨逻辑混合设计以实现密码运算模块,并且采用了非对称时钟,这样可达到较好的性能折衷.本文给出了混合设计所遵循的设计约束和时序约束,设计实现了一个动态双轨标准单元库,并给出了一个抗功耗攻击的安全芯片半定制设计流程.根据这个设计流程,本文设计实现了一个3DES协处理器,其中8个S盒全部采用动态逻辑实现,其余部分采用静态逻辑实现;实验结果表明本文给出的混合设计方法和对应的设计流程是完全可行的.     

基于细粒度任务调度的防功耗分析模幂方法

提出了一种基于细粒度任务调度的防功耗分析(包括简单和差分功耗分析)模幂实现方法。将比完整模乘操作粒度更小的操作作为原子操作(最小可调度单位)，将模幂运算转换成完全随机的原子操作序列，任务调度与原子操作的执行是并行的。该方法以细粒度操作为调度单位，实现简单、灵活性强，有利于提高运算性能。     

计时攻击漏洞识别与防护能力量化评估技术

计时攻击是最具威胁的旁路攻击之一,为了设计安全高效的抗计时攻击的密码运算部件,需要在设计实现过程中及时发现密码算法的安全漏洞,并量化分析密码运算部件的抗计时攻击防护能力。因此,提出了一种可发现在密码算法具体实现中可能存在的计时攻击漏洞的分析方法。将密码算法采用增强数据相关图表示,通过在数据相关图中查找可被计时攻击的过程变量来分析安全漏洞,给出了相应的识别算法。并以成功实施计时攻击所需的样本数来量化密码运算部件抗计时攻击能力,提出了一种估算所需样本数的计算方法。     

基于随机掩码的AES算法抗DPA攻击硬件实现

该文提出了一种基于随机掩码的抗DPA（Differential Power Analysis）攻击的AES算法硬件实现方案。基于随机掩码的AES算法实现中最为关键之处就是唯一的非线性变换即S盒（SubBytes）的实现,该文将S盒中有限域GF（28）上的求逆转换到GF（24）和GF（22）上进行,有效实现了掩码防护。在该文的实现中,所有的中间结果均被随机掩码,证明了该文中AES算法实现能够抗DPA攻击,基于此掩码方案,给出了AES协处理器体系结构,设计实现128密钥的AES协处理器。在0.18μm工艺下,协处理器面积为0.298mm2 在100MHz频率下,加解密吞吐率达到了1.16Gbps。     

基于层次平台的安全SoC设计技术

在基于层次平台的SoC设计方法学基础上,文中提出了安全SoC设计关键技术,主要包括基于可信计算体系结构的安全SoC层次化设计平台、在安全SoC设计中引入独立的安全约束及安全约束映射技术以及安全验证技术。从软件攻击、旁路攻击和物理攻击等角度,定义安全约束并验证防护技术的有效性。文中给出的安全SoC设计技术不仅可以充分重用已有的设计资源,也可充分利用现有的层次平台设计技术及相关辅助设计工具。     

识别密码算法具体实现中潜在功耗攻击的理论分析方法

为验证密码算法具体实现技术抗功耗攻击的有效性,提出一种可发现在密码算法具体实现中可能存在的功耗攻击的分析方法,主要包括识别潜在攻击的基本理论、描述密码算法具体实现的增强数据相关图、根据基本理论和增强数据相关图以识别不同强度功耗攻击的算法,并给出针对一种典型的AES算法防护技术的分析结果.结合文中的结果以及密码算法部件抗功耗攻击能力的量化分析,可以建立相应的抗功耗攻击的设计流程.     

基于模式识别和自适应滤波的功耗攻击技术

引入复杂的随机噪声是一种有效的抗功耗攻击技术。虽然复杂功耗噪声产生模块具有多种不同的工作状态，但每种工作状态都具有相对稳定的功耗行为。文中将这种功耗行为称为功耗模式。本文提出应用模式聚类和识别技术来确定功耗攻击时各样本中噪声所属何种模式，并且应用自适应滤波技术消除功耗样本中的噪声。实验结果表明，这种预处理方法有效地改善了功耗攻击的效果。     

防DPA攻击的两种不同逻辑比较研究

DPA是一种非常有效的密码处理器攻击技术，它能够通过对密码处理器的功耗行为进行分析来获取密钥值。运用功耗恒定的标准单元实现密码处理器可以很好地达到防DPA攻击的目的。本文针对不同的集成电路制造工艺，分别对DIX2VSL与SABL两种不同逻辑的防DPA攻击特性进行比较分析。实验结果表明．随着晶体管沟道长度的减小，内部节点电容容对功耗恒定特性的作用逐渐减小，DDCVSL与SABL具有相近的防DPA攻击特性。同时，DDCVSL的功耗、延迟与面积小于SABL。     

可扩展公钥密码协处理器的设计与实现

在信息安全领域中,公钥密码算法具有广泛的应用.模乘、模加(减)为公钥密码算法的关键操作,出于性能上的考虑,往往以协处理器的方式来实现这些操作.针对公钥密码算法的运算特点,本文提出了一种可扩展公钥密码协处理器体系结构以及软硬件协同流水工作方式,并且改进了模加(减)操作的实现方法,可以有效支持公钥密码算法.同时,该协处理器体系结构也可根据不同的硬件复杂度及性能设计折衷要求,进行灵活扩展.