一种抗侧信道攻击椭圆曲线标量乘算法的设计与实现

有限域 上点乘运算是影响椭圆曲线密码实现效率的关键运算之一。为提高椭圆曲线密码算法计算的安全性和效率性,从分析固定基点梳形算法（Fixed-base Comb算法）的特点出发,在现有的边信道攻击和标量乘算法的基础上,提出了一种新的标量乘算法——DF-Comb（Distance Fixed-base Comb）算法。新的算法对私钥（ ）重新设计编码、分组计算,在预计算阶段和赋值阶段进行改进,能够极大地提高算法计算阶段的效率;此外,考虑到算法的抗侧信道攻击能力,通过引入乘数分解技术来隐藏算法中相关侧信道信息,引入一种同时多标量乘算法用来提高了抗侧道攻击力,从而增强算法的安全性。仿真实验结果显示,改进的DF-Comb算法算法可以在提高计算效率的同时降计算的存储量。经算法实验比较分析研究,表明该算法能较好地抵抗多种侧信道攻击。     

一种针对分组密码S盒的组合侧信道攻击方法*

近年来随着半导体工艺的飞速发展和信息安全的重要性不断增强,越来越多的硬件嵌入了密码算法以保证数据安全性。针对嵌入了FPGA密码芯片的设备在运行算法时泄漏的侧信道信息进行了研究,提出一种改进分组密码S盒的组合侧信道攻击方案,该方案由差分功耗攻击、模板攻击、和毛刺攻击构成。通过传统的差分功耗攻击确定S盒运行的时间区间,然后针对目标S盒的输入输出利用一个时钟周期内逻辑门毛刺个数与部分功耗线性相关的方法,采用线性模型匹配算法恢复密钥并减少了基于多元高斯模型匹配的计算量,为今后提高侧信道攻击的效率提供依据。     

一种抗侧信道攻击的随机功耗方法

针对RSA密码算法的实现电路有多种攻击方法。功耗平衡技术常用来抵抗侧信道攻击。为了解决抗侧信道攻击算法中开销大的问题。通过混淆比特位为0运算单元之间的功耗,提出一种随机功耗方法来抵抗侧信道攻击。通过对该方法的分析,证明该随机功耗算法能够实现抗计时攻击和能量攻击的目的,功耗能够减少30%左右,且不降低方案的安全性。     

轻量级分组密码算法DoT的模板攻击

模板攻击是一种重要的侧信道分析方法,其在实际密码算法破译中具有较强的区分能力.轻量级分组密码算法DoT在硬件和软件实现中都表现出优秀的性能,尽管目前针对DoT算法的传统数学攻击已经取得了一定效果,但是该算法在具体实现中是否足以抵御侧信道攻击仍有待研究.基于DoT算法结构及其S盒特点,提出一种针对DoT算法的模板攻击方法...     

基于RF算法的侧信道攻击方法研究

目前,随机森林(RF)算法在侧信道分析领域的潜力还没有得到充分利用。文章提出一种基于RF算法的侧信道攻击方法,分别从输入数据处理和参数控制两方面进行模型优化,在特征点选择和RF算法参数调优两方面进行改进。对于高维数据,首先使用SOST相关系数法选出100个特征点,然后对RF算法的各参数进行调优。实验结果表明,与采用默认参数值的基于RF算法的侧信道攻击相比,该方法的攻击成功率显著提高,模型的泛化能力也有一定程度的提高。     

抗侧信道攻击的SM4多路径乘法掩码方法

SM4是国内于2006年公布的第1个商用的分组密码算法。为提高SM4算法安全性,抵御功耗分析、电磁辐射等侧信道攻击,提出一种抗侧信道攻击的SM4多路径乘法掩码方法。该方法在轮函数中采用多条数据路径,并对引进随机数后的S盒用有限域乘法求逆变换加以改进,使中间结果与标准SM4算法的中间结果完全不同,从而掩盖SM4加密过程中的所有关键信息,增加侧信道分析的难度。实验结果表明,与标准SM4算法和普通的SM4乘法掩码算法相比,该方法在芯片的功耗和硬件资源增加不大的情况下,能有效消除中间数据所产生的能量消耗,增强算法安全性,可成功抵御各种侧信道攻击。     

SM4算法S盒输入的相关性能量攻击的研究

在对SM4算法非线性S盒运算输出进行侧信道能量攻击的基础上,针对SM4算法中线性S盒输入提出相关性能量攻击分析的方法。该方法结合相关性能量攻击原理,利用汉明距离能量泄露模型进行攻击,该模型能够更准确刻画假设能量消耗与实测能量消耗之间的关系。在利用此方法获取前四轮或末四轮轮密钥的基础上,推算出128 bit的原始加密密钥。实际攻击结果表明,通过攻击出前四轮轮密钥后,可以成功地推出原始加密密钥。该攻击方法对SM4算法S盒输入有效可行,同时也扩展了对SM4算法的侧信道能量攻击方法。     

侧信道多层感知器攻击中基于贝叶斯优化的超参数寻优

传统侧信道攻击利用加密设备泄露的物理信息来获取密钥,由于其需要大量人为干预,越来越多研究将机器学习算法运用到侧信道攻击中,其中神经网络攻击效果最好,而多层感知器又是神经网络的基础,其中超参数在很大程度上影响最终训练与攻击结果.为实现超参数自动寻优,将贝叶斯寻优的方法应用在侧信道多层感知器攻击中,并提出对离散值的处理方法,发展出能够结合超参数经验的侧信道多层感知器超参数寻优方法.实验对比了人工寻优与贝叶斯寻优两种算法用于侧信道多层感知器攻击中的效率,验证了多层感知器与侧信道攻击相结合及贝叶斯寻优的可行性和高效性.     

uBlock算法的低代价门限实现侧信道防护方法

在传统的基于黑盒模型的密码分析中,攻击者仅可以利用密码算法的输入输出信息进行攻击,现有密码算法在黑盒模型下的安全性已经得到较为充分的论证.但是在灰盒模型下,攻击者的能力得到提高,其不仅可以获取密码算法的输入输出信息,还可以获得密码算法实际执行过程中泄露的功耗、电磁、光等物理信息,这些物理信息和密码算法的中间状态具有相关性,敌手可以利用这种相关性进行秘密信息的恢复,这种攻击被称为侧信道攻击.侧信道攻击自提出以来,由于其相对低的实现代价以及较高的攻击效率对于密码算法的实现安全性造成了严重的威胁.u Block算法是2019年全国密码算法设计竞赛分组密码一等奖获奖算法,同样受到了侧信道攻击的威胁.目前针对u Block算法的研究较少,在硬件实现方面主要考虑低延迟高吞吐量的实现,缺乏针对资源受限情况下的低代价优化实现,不利于侧信道防护方案的构造.目前公开的文献中指出其S盒适用于基于门限实现的侧信道防护方案构造,存在3-share的无需新随机数的门限防护方案,但是没有给出具体的实现方案.针对这样的现状,本文首先基于流水线和串行化的思想设计并实现了一种适用于u Block算法的低代价硬件实现方案;...     

侧信道攻击与防御技术研究进展

侧信道攻击利用密码实现的物理泄露而不是理论弱点来恢复密钥，对密码系统的安全实现有严重的现实威胁.密码设备运行时所产生的能量、电磁、缓存和故障输出等侧信息均可能导致密钥信息泄漏，攻击者通过分析侧信息中与密钥相关的特征点来获取密钥信息.为了应对侧信道攻击，侧信道防御技术和抗泄漏密码学也成为研究的热点问题.前者的总体思路在于消除侧信息泄漏或者消除秘密信息与所泄漏侧信息之间的相关性，而后者旨在准确量化密码系统执行过程中的侧信息泄漏，进而构造具有抗泄漏安全性的密码方案.本文系统地介绍了侧信道攻击与防御技术发展：首先，剖析了时序攻击、能量分析攻击、缓存攻击和故障攻击的基本原理、攻击方法、应用场景和发展现状，并提炼出每一类攻击的通用模型；其次，概括出侧信道防御技术的本质特征，并分析了侧信道防御技术的基本原理、安全模型和应用场景；之后总结了抗泄漏密码学的基本原理与发展现状，梳理了典型的抗泄漏密码方案；最后分析了现有研究工作中存在的问题，并对未来的研究方向进行了展望.     

MORUS-1280-128算法的区分分析

MORUS算法是被提交到CAESAR竞赛中的一种认证加密算法,已经进入第三轮安全评估。对算法进行区分分析对于其安全性评估具有很重要的意义。以MORUS-1280-128为例,在nonce重用的情况下,对算法进行区分分析能够区分出密文的绝大部分比特,并通过寻找内部状态碰撞对算法进行标签伪造攻击。该研究结果对MORUS算法的安全性分析有很重要的意义。     

KEELOQ加密算法安全性探究

文章首先简要介绍了KEELOQ加密算法的基本概念和在实践中的应用,通过分析KEELOQ加密算法的原理及特点,提出了攻击KEELOQ加密算法的具体方法。     

一种基于序列译码的快速相关攻击算法

快速相关攻击是一种重要的序列密码分析方法。该文提出一种基于卷积码的序列译码的快速相关攻击算法,首先利用特殊的校验方程将线性分组码转化为低码率卷积码,然后用卷积码的序列译码算法恢复出密钥。当记忆长度较大时,该算法显著地降低了中算法的译码复杂度。     

基于分簇的无线传感器网络克隆攻击检测方案

针对无线传感器网络面临的节点克隆攻击,提出了一种基于分簇的检测方案。该方案给网络中的消息都标记上其源节点的ID,在成簇阶段依据节点ID和RSSI值由簇头判断各个簇内是否存在克隆节点,待全部节点的ID汇聚至基站后,利用分簇算法中各个簇是不相交的子集这一特点,在基站处检测是否存在同一个ID属于多个簇的异常情况。仿真实验表明,该方案不但有较高的检测率,还能降低网络的存储和通信开销。     

Midori64的相关密钥不可能差分分析*

Midori算法是由Banik等人在AISACRYPT2015上提出的一种具有SPN结构的轻量级的加密算法。Midori的分组长度有64bit和128bit两种,分别为Midori64和Midori128,本文主要研究的Midori64。目前攻击者已经使用了不可能差分分析、中间相遇攻击、相关密钥差分分析等方法对Midori进行了分析,却没有使用相关密钥不可能差分分析进行分析。为了验证Midori算法的安全性,本文使用了相关密钥不可能差分分析了Midori算法,构造了一个Midori算法的9轮区分器,进行了Midori算法的14轮攻击,总共猜测了84bit密钥。     

LEX算法的相关密钥攻击

LEX算法是入选欧洲序列密码工程eSTREAM第三阶段的候选流密码算法之一,在分组密码算法AES的基础上进行设计。为此,针对LEX算法进行基于猜测决定方法的相关密钥攻击,在已知一对相关密钥各产生239.5个字节密钥流序列的条件下,借助差分分析的思想和分组密码算法AES轮变换的性质,通过穷举2个字节密钥值和中间状态的8个字节差分恢复出所有候选密钥,利用加密检验筛选出正确的密钥。分析结果表明,该密钥攻击的计算复杂度为2100.3轮AES加密、成功率为1。     

基于节点分值的攻击图量化评估算法

提出一种基于节点分值的攻击图量化评估算法NSBRank,用于对攻击图中所有节点的重要性进行量化计算。通过求解节点初始等级值,得到各节点的最终等级值,使各节点间的相对重要性更明确,从而提高网络安全事件的处理能力。实验结果证明,NSBRank计算得出的攻击图节点等级值更加客观准确。     

改进Twister碰撞攻击技术

Twister是SHA-3候选算法中的一个典型的基于AES结构的分组密码算法。介绍Twister算法现有攻击技术,并对计算复杂度进行分析。运用反弹攻击,设计了一种可行的差分路径,对Twister算法圈的碰撞攻击进行分析,得到计算复杂度分别为2128和2184的圈碰撞。基于此对Twister压缩函数的碰撞攻击进行分析,可以降低其计算复杂度。     

叛逆者追踪方案的密码学分析

对一种叛逆者追踪方案提出安全性分析,指出它存在的安全缺陷有被撤销的叛逆者可以在合法用户的帮助下继续解密新密文及合法用户可以合谋伪造有效的解密密钥。提出伪造攻击方案,并给出方案被攻击的原因。指出方案的一个设计错误,说明该方案在实际操作上是不可行的。     

一种基于纠错码的快速相关攻击算法

快速相关攻击是一种重要的序列密码分析方法。该文提出了一种基于纠错码的快速相关攻击算法：利用特殊的校验方程对密钥进行分割，在对分割后的密钥攻击时将线性分组码转化为低码率卷积码，用Viterbi译码算法恢复出密钥。该算法显著地降低了快速相关攻击算法的译码复杂度。