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...     

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.     

RSA 踪迹驱动指令Cache 计时攻击研究

指令Cache 攻击是基于获取算法执行路径的一种旁路攻击方式.首先,通过分析原有RSA 指令Cache 计时攻击存在可行性不高且能够获取的幂指数位不足等局限性,建立了新的基于监视整个指令Cache 而不只是监视特定指令Cache 的踪迹驱动计时攻击模型;然后,提出了一种改进的基于SWE 算法窗口大小特征的幂指数分析算法;最后,在实际环境下,利用处理器的同步多线程能力确保间谍进程与密码进程能够同步运行.针对OpenSSLv.0.9.8f 中的RSA算法执行指令Cache 计时攻击实验,实验结果表明:新的攻击模型在实际攻击中具有更好的可操作性;改进的幂指数分析算法能够进一步缩小密钥搜索空间,提高了踪迹驱动指令Cache 计时攻击的有效性.对于一个512 位的幂指数,新的分析算法能够比原有分析算法多恢复出大约50 个比特位.     

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.     

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.     

针对RSA算法的踪迹驱动数据Cache计时攻击研究

Cache计时攻击是旁路攻击领域的研究热点.针对滑动窗口算法实现模幂运算的RSA算法,分析了RSA算法访问驱动Cache计时攻击的难点,建立了踪迹驱动数据Cache计时攻击模型.在攻击模型与原有踪迹驱动计时攻击算法的基础上,利用幂指数与操作序列的相关性、窗口大小特征和预计算表索引值与窗口值的映射关系,提出了一种改进的幂指数分析算法,并给出了利用幂指数dp和dq的部分离散位恢复出私钥d的格攻击过程.利用处理器的同步多线程能力实现了间谍进程与密码进程的同步执行,针对OpenSSL v0.9.8b中的RSA算法,在真实环境下执行攻击实验.实验结果表明:新的分析算法大约能够获取512位幂指数中的340位,比原有算法进一步降低了密钥恢复的复杂度;同时对实际攻击中的关键技术以及可能遇到的困难进行分析,给出相应的解决方案,进一步提高了攻击的可行性.     

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。     

访问驱动下的Cache侧信道攻击研究综述

近年来,海量异构的物联网终端设备承载着核心功能,更易成为攻击者的直接目标.Cache侧信道攻击越来越多地出现在终端设备和云平台中,该攻击通过构建细粒度、高隐蔽性的Cache侧信道从目标设备中提取加密密钥等敏感数据,打破设备的隔离保护机制.在综述中,针对访问驱动下的Cache侧信道攻击技术展开研究,介绍了Cache侧信道攻击技术的基本原理和研究现状,通过理论分析和实例验证的方式重点研究了“清除+重载”攻击、“填充+探测”攻击、“刷新+重载”攻击的攻击原理、攻击过程和攻击效果.以攻击特点、攻击范围和对应的防御方案为切入点,对上述3种攻击进行对比分析,指出不同攻击的优缺点和适用场景;进一步探讨攻击过程中存在的问题,提出了攻击最后一级缓存(last-level cache, LLC)和噪声处理方面面临的挑战.最后结合万物互联时代下,从Cache层次结构的逐步转变、云平台的海量数据存储、以及终端设备上可信应用环境的广泛部署等现状,讨论了未来可能的研究方向.     

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。     

针对RSA滑动窗口算法的Cache计时攻击

研究RSA签名算法和Cache计时攻击原理,分析OpenSSL0.9.8a中的RSA实现过程,针对RSA滑动窗口算法中的访问初始化表操作,提出一种Cache计时攻击方法.实验结果表明,该方法在1次攻击中可获得1 024 bit密钥中700 bit以上的密钥,与传统基于统计方法的计时攻击相比,所需样本更少.     

Securing Statically-verified Communications Protocols Against Timing Attacks

We present a federated analysis of communication protocols which considers both security properties and timing. These are not entirely independent observations of a protocol; by using timing observations of an executing protocol it is possible to calculate encryption keys which were intended to be secret or to deduce derived information about the nature of the communication even in the presence of unbreakable encryption. Our analysis is based on expressing the protocol as a high-level model and deriving from this process calculus models analysable by the Imperial PEPA Compiler and the LySatool.     

一种AVR环境下KLEIN分组密码抗计时和缓存边信道攻击的快速保护方法

随着物联网应用的广泛兴起,轻量级分组密码算法在资源受限环境下的应用前景得到了广泛关注。在物联网应用中,攻击者往往采用边界信道的方式对相应设备进行密钥恢复攻击。在RFIDSec 2011会议上,Gong等人提出了一种新的适用于物联网资源环境下软件实现的轻量级分组密码算法KLEIN[1]。从AVR微处理器的特点出发,基于AVR汇编语言给出了KLEIN分组加密算法的bitslicing实现。在实现过程中,分别基于读取和存储操作进行相应的优化,降低了算法在MixNibbles步骤中的计算复杂度,从而使得KLEIN算法能通过bitslicing方式对计时(Ti-ming)和缓存(Cache)边信道攻击方式进行防御。从AVR平台的实际试验结果来看,优化后的KLEIN算法的bitslicing实现在AVR微处理器平台上具有实用性。     

一种基于强化学习的嵌入式系统抗拒绝服务攻击的缓存调度方案

在多核嵌入式操作系统中,中央处理器对共享最后一级缓存(Last Level Cache,LLC)的资源调度决定了各用户进程的指令周期数(Instructions Per Cycle,IPC),以及对拒绝服务(Denial-of-Service,DoS)攻击的鲁棒性。但是,现有缓存调度方案依赖于具体的LLC调度模型和DoS攻击模型,使中央处理器难以在不同调度环境中的每个调度周期及时获得用户进程的运行信息。因此,文中提出一种基于强化学习的嵌入式系统LLC调度技术,以抵御拒绝服务攻击。该技术根据用户进程的LLC占用起始位置和终止位置,结合反馈的指令周期数、载入未命中率和存储未命中率等信息,优化LLC的占用位置和占用空间。在动态LLC调度环境下,中央处理器不需要预知DoS攻击模型,即可提高指令周期数并同时降低恶意进程的DoS攻击成功率。在多租户虚拟机共同参与的多核嵌入式操作系统中的仿真结果表明,所提技术可以显著提高指令周期数并降低DoS攻击的成功率。     

DDoS攻击防御技术研究

目前,网络攻击事件越来越多,网络攻击的主要目的是为了经济利益,DDoS攻击则是常见的网络攻击手段。文章分析了常见的DDoS攻击行为及技术原理,并对这种攻击行为进行了分类。提出了多种有效治理DDoS攻击的防范技术,并分析了其技术原理,从而为用户及时防范潜在的黑客攻击和降低损失提供了对策。     

针对AES的基于时间的缓存攻击

基于时间的缓存攻击是指通过分析处理器中算法的不同执行时间来恢复密钥的攻击。该文分析针对AES的时间驱动缓存攻击,给出一种改进的攻击,它可以应用于大多数的AES实现软件。在PentiumⅢ, OpenSSL v.0.9.8.(a)和Miracl环境下的实验发现,只需要224个时间信息就可以恢复出密钥,少于原攻击的228个时间信息数据。给出抵抗这种攻击的对策。     

RSA公钥密码计时攻击研究及仿真

密码设备在执行加解密运算时泄露的时间信息能够被攻击者捕获,进而推算出密钥,破解密码系统。该文研究了RSA公钥密码算法和计时攻击的原理,分析了RSA加解密的模幂运算过程,阐述了基于模幂运算的RSA计时攻击原理,同时进行了仿真实现。仿真结果证明了RSA密码算法在计时攻击中存在安全缺陷,也说明了计时攻击与其他传统攻击相比更能准确快速地获得密钥。针对RSA公钥密码算法在计时攻击中存在的缺陷以及面临的安全威胁,讨论了抵御计时攻击的措施。     

基于角色访问控制模型的缓存机制研究

在基于角色的访问控制（RBAC）模型的实现系统中,考虑到查询操作远多于修改操作,文章引入缓存机制,通过记录历史数据以提高后续查找的效率。讨论了4种缓存策略,给出了相应的缓存算法,并对算法的优劣进行了比较。在一个实际的访问控制系统WebDaemon中使用了缓存机制,证明查询效率得到了明显的提高。     

针对ARP欺骗攻击的防御策略研究

通过分析ARP协议工作原理、ARP协议的运行机制、安全缺陷和攻击原理,以及各种ARP攻击手段,基于现有ARP欺骗攻击检测、防御方法的优缺点,从更加准确、安全的角度出发,借鉴现有防御技术,使用一种主体基于服务器客户端模式的防御体系。服务器主要进行通信信息的检验,并告知客户端检测结果,而客户端是防范欺骗的关键,保证域内主机与可信任主机通信,排除安全隐患。为了通信安全,实现端对端数据加密通信的ARP欺骗防御的思想,以准确高效地防范ARP欺骗的攻击。     

基于存取模式的Cache预取自适应策略研究

不同的Cache预取策略适用于不同的存取模式。本文介绍了存储系统Cache预取技术的研究现状,从分析存取模式出发,构造了存取模式三元组模型,并在磁盘阵列上测试了适 用于复杂环境下的Cache预取自适应策略,结果证明,自适应策略能够在不同环境上获得磁盘阵列的最优性能。