针对AES加密前两轮的访问驱动Cache攻击方法

高速缓存Cache具有数据访问时间不确定和多进程资源共享两大特征,AES加密快速实现中使用了大量查表操作进行Cache访问,查表索引值会影响Cache命中与否,而查表的索引值和密钥存在密切关系。针对128位AES加密算法,利用间谍进程采集AES进程加密时Cache访问特征信息,通过对AES前两轮加密过程中查表索引值、明文和初始密钥之间关系进行分析,第一轮分析可获取64位密钥,第二轮分析可获取剩余密钥,最终成功获取AES全部密钥。     

针对AES的Cache计时模板攻击研究

受微处理器硬件架构和操作系统的影响,分组密码查找S盒不同索引执行时间存在差异,构成了S盒索引的天然泄漏源.该文采用“面向字节、分而治之”的旁路攻击思想,对AES抗Cache计时模板攻击能力进行了研究.首先分析了分组密码访问Cache时间差异泄漏机理,直观地给出了基于碰撞和模板的两种Cache计时攻击方法;其次给出了Cache计时外部模板攻击模型,提出了基于Pearson相关性的模板匹配算法,对128位AES加密第一轮和最后一轮分别进行了攻击应用;为克服外部模板攻击需要一个模板密码服务器的限制,提出了Cache计时内部模板攻击模型,并对AES进行了攻击应用;最后,在不同环境、操作系统、加密Cache初始状态、密码库中,分别进行攻击实验,同前人工作进行了比较分析,并给出了攻击的有效防御措施.     

一种新的针对AES的访问驱动Cache攻击

Cache访问"命中"和"失效"会产生时间和能量消耗差异,这些差异信息已经成为加密系统的一种信息隐通道,密码界相继提出了计时Cache攻击、踪迹Cache攻击等Cache攻击方法.针对AES加密算法,提出一种新的Cache攻击一访问驱动Cache攻击,攻击从更细的粒度对Cache行为特征进行观察,利用间谍进程采集AES进程加密中所访问Cache行信息,通过直接分析和排除分析两种方法对采集信息进行分析,在大约20次加密样本条件下就可成功推断出128位完整密钥信息.     

基于Cache行为的旁路攻击

分析新型高速缓冲存储器(Cache)旁路攻击技术,给出一种Cache旁路攻击方法。针对S盒操作使用查找表处理的数据加密标准(DES)算法实现,通过获取DES加密过程中前2轮加密运算对应的Cache命中信息,结合数学分析方法,可以有效地缩小DES密钥搜索空间。对Cache存储器行为和数学分析攻击进行仿真实现的结果显示,通过26个选择明文,大约耗费230次离线DES加密时间成功地恢复了DES密钥。给出了防御Cache攻击的基本对策。     

针对LBlock算法的踪迹驱动Cache攻击

LBlock是一种轻量级分组密码算法,其由于优秀的软硬件实现性能而备受关注。目前针对LBlock的安全性研究多侧重于抵御传统的数学攻击。缓存( Cache)攻击作为一种旁路攻击技术,已经被证实对密码算法的工程实现具有实际威胁,其中踪迹驱动Cache攻击分析所需样本少、分析效率高。为此,根据LBlock的算法结构及密钥输入特点,利用访问Cache过程中密码泄露的旁路信息,给出针对LBlock算法的踪迹驱动Cache攻击。分析结果表明,该攻击选择106个明文,经过约27.71次离线加密时间即可成功恢复LBlock的全部密钥。与LBlock侧信道立方攻击和具有Feistel结构的DES算法踪迹驱动Cache攻击相比,其攻击效果更明显。     

AES访问驱动Cache计时攻击

首先给出了访问驱动Cache计时攻击的模型,提出了该模型下直接分析、排除分析两种通用的AES加密泄漏Cache信息分析方法;然后建立了AES加密Cache信息泄露模型,并在此基础上对排除分析攻击所需样本量进行了定量分析,给出了攻击中可能遇到问题的解决方案;最后结合OpenSSL v.0.9.8a,v.0.9.8j中两种...     

基于密钥差异的改进相关性分析方法研究*

针对标准相关性能量分析(CPA)在旁路攻击中存在的运算时间长、搜索空间大等问题,在分析了功耗泄漏信息与数据相关性的基础上,结合标准相关性分析方法,提出一种基于密钥差异位的改进相关性分析方法,该方法利用加密密钥同猜测密钥差异位与猜测密钥同实际能量消耗间的相关系数反比映射这一特征,在给定一个密钥假设的情况下,通过逐位改变0、1取值进行相关性计算获取正确密钥;在搭建实验平台上,针对AES首轮首字节加密实现对改进前后的相关性分析方法分别进行攻击实验,对比表明新方法在破解密钥的基础上成功将密钥搜索空间由原来28成功将至9。     

分组密码Cache攻击技术研究

近年来,Cache攻击已成为微处理器上分组密码实现的最大安全威胁,相关研究是密码旁路攻击的热点问题.对分组密码Cache攻击进行了综述.阐述了Cache工作原理及Cache命中与失效旁路信息差异,分析了分组密码查表Cache访问特征及泄露信息,从攻击模型、分析方法、研究进展3个方面评述了典型的分组密码Cache攻击技术,并对Cache攻击的发展特点进行了总结,最后指出了该领域研究存在的问题,展望了未来的研究方向.     

AES算法的差分差错攻击

针对高级加密标准(AES)算法的加密过程的安全性问题,提出了一种有效的差分差错攻击(DFA)方法;根据DFA攻击中4字节差分差错模型特点,设计了在4字节差分差错不同和相同两种情形下计算最后一轮子密钥的算法;通过计算差分差错的可能值,计算出最后一轮子密钥的可能值的集合,进而确定子密钥的确切值。实例结果表明了该方法的可行性和有效性。     

针对访问驱动cache攻击HC-256算法的改进*

高速缓存Cache具有数据访问时间不确定和多进程资源共享两大特征,流密码算法HC-256生成密钥流的过程中使用了大量查找表操作进行Cache访问,查找表索引值会影响Cache命中与否,而查找表索引值和密钥之间存在密切关系。为了使HC-256可以防御此访问驱动Cache攻击,本文对HC-256算法进行了改进,在HC-256中加入完全随机排序算法,对表P和表Q进行扰乱,这样使用变化的表代替固定的S盒,使得攻击者获得的输入和输出都是不安全的,有效地防御了此访问驱动Cache攻击。     

超混沌系统和AES结合的图像加密算法

针对传统AES（高级加密标准）加密算法存在密钥空间小、固定不变等缺点,提出了一个新的超混沌系统和AES结合的图像加密算法。该算法首先利用超混沌Qi系统产生超混沌序列,截取混沌序列作为AES加密算法的目标密钥,且截取过程中引入了明文图像像素的平均值作为参数,以适应明文图像的变化。然后,将目标密钥代入AES加密算法进行两轮循环加密,且每轮加密过程中的S盒和轮密钥由混沌序列产生,增强了密钥的随机性。仿真实验结果表明,该算法能够很好地结合两者的优点,达到很好的加密效果。     

无线网络化传感器中的AES VLSI设计

提出了一种高性价比的先进密码算法（AES）加／解密系统超大规模集成电路〈VLSI）实现方案。为了减少硬件开销,采用模块复用技术对AES的2个核心运算部件（字节代换和列混合）进行了硬件可逆设计;为了提高加／解密速度,采用了轮间和轮内相结合的流水线结构;设计了一种轮密钥扩展结构,解决高速加／解时轮密钥分配的同步问题。实验结果表明：该设计不仅能够正确实现高速的AES加／解密运算,而且,与其他同类设计相比,具有更高的性价比。     

一种资源共享的快速加解密AES算法的实现

针对AES算法的特点,提出一种适用于在FPGA上实现的快速加解密资源共享的AES算法。对传统的AES加解密的s_box进行变换,使用一张查找表实现了加解密过程的资源共享,有效的节省了硬件实现面积。并对AES加解密的列混合变换进行了改进,从而达到资源共享,节省资源。本方案对轮密钥扩展,列混合变换及其逆变换等操作进行了优化处理,并在加密计算及解密计算中对S-盒,列混合变换等关键计算部件进行了复用,并且采用AES轮内流水结果和密钥并行处理,可在一块芯片上同时支持128位、192位、256位三种密钥长度的加解密算法。实验结果表明本设计相比于其他设计具有更高的性能。     

改进Henon超混沌系统与AES结合的图像加密算法

针对近年来AES（Advanced Encryption Standard）加密算法在图像加密领域应用中存在的一些缺点,提出了一种基于改进Henon超混沌系统与AES结合的图像加密算法。该算法首先利用四维Henon超混沌系统产生超混沌序列,通过引入明文图像像素的相关特性作为参数来截取超混沌序列作为BP神经网络的训练样本,训练后得到的非线性混沌序列作为AES加密算法的目标密钥。将目标密钥代入AES加密算法进行两轮循环加密得到密文,且每轮加密过程中都会由混沌序列产生新的S盒和轮密钥,大幅度提高了密钥的随机性。仿真实验结果表明,该算法能够很好结合三者的优点,安全性非常高。     

基于轻量型AES加密算法的浮空器平台数据传输方案

针对浮空器平台在数据传输过程中受到自身处理器性能限制的问题,提出了一种基于轻量型AES加密算法的浮空器平台数据传输方案。首先,方案以AES加密算法为基础,通过寻找轮函数循环的局部最优次数和将状态矩阵行移位变换改为列移位变换实现轻量型AES加密算法;其次,通过字节代换、列移位变换、列混合和轮密钥加四个步骤,设计以七次轮函数循环为核心的轻量型AES加密算法;最后,通过字节填充和矩阵旋转两个操作对过往不同类型的浮空器平台飞行数据进行预处理,并将预处理后的数据作为明文数据源输入对传输方案进行测试和分析,验证了轻量型AES加密算法的安全性和有效性。实验结果表明,该算法与AES加密算法相比,在保证数据安全传输的同时提高了算法运行速度,可以较好地应用于浮空器平台。     

一种基于Feistel结构和WTS的分组密码

AES为新的数据加密标准,通过研究分组密码算法加密的整体结构和AES加密算法,文中设计了一种基于Feistel结构和WTS策略的分组密码算法FWTS。 FWTS采用Feistel结构,轮函数借鉴AES的WTS策略,分组长度为256 bits,密钥长度为128 bits,192 bits,256 bits。通过依赖性测试表明,FWTS算法4轮充分满足雪崩效应、严格雪崩准则和完备性。通过不可能差分分析,FWTS算法的6轮不可能差分所需的时间复杂度要大于AES算法的6轮不可能差分的时间复杂度。FWTS算法的安全性不低于AES算法。通过效率测试表明FWTS的加密效率要高于AES。