FPGA密码芯片差分功耗分析仿真研究

在分析FPGA组成结构特点的基础上,根据FPGA功耗产生的机理,提出了一种FPGA功耗模型。针对DES加密的DPA,实现了DPA仿真平台,并利用该模型和仿真平台验证了FPGA实现DES加密算法对DPA攻击的脆弱性。     

数据加密标准旁路攻击差分功耗仿真分析

器件在加密过程中会产生功率、电磁等信息的泄漏,这些加密执行过程中产生的能量辐射涉及到加密时的密钥信息;文章首先简单分析了CMOS器件工作时产生功耗泄漏的机理,即与门电路内处理数据的汉明距离成正比;详细分析了DES加密过程的功耗轨迹,建立了DES加密过程中的功耗泄漏模型,并利用该模型建立了差分功耗分析(DPA)仿真平台;通过这个仿真平台在没有复杂测试设备与测试手段的情况下,对DES加密实现在面临DPA攻击时的脆弱性进行分析,全部猜测48位子密钥所须时间大约为6分钟,剩下的8位可以通过强力攻击或是附加分析一轮而得到;可见对于没有任何防护措施的DES加密实现是不能防御DPA攻击的.     

IC卡芯片DES加密差分功耗分析方法

针对IC卡芯片在数据加密标准(DES)加密运算过程中的功耗泄露问题,利用IC卡芯片的旁路功耗攻击方法,分析IC卡芯片在加密工作时的功率消耗特性,采用基于S盒输出的功耗区分函数,提出一种新的差分功耗分析(DPA)和相关性分析方法.通过Inspector平台对某款IC卡芯片的DES加密运算进行DPA攻击测试,破解DES加密密钥,结果验证了该方法的正确性.     

一种对嵌入式加密芯片的增强DPA攻击方法*

针对传统DPA攻击方法需要波形数据精确对齐的缺点,提出了一种基于离散傅里叶变换的增强DPA攻击方法,并对目前常用的嵌入式芯片以DES加密算法为例进行了DPA攻击实验。实验结果表明采用这种增强的DPA攻击方法能够克服传统DPA攻击方法的缺点。     

基于FPGA的DES掩码算法硬件设计与实现

随着FPGA芯片在安全领域上的广泛应用,有关FPGA密码芯片的抗DPA研究也越来越受关注,但目前的研究成果大多针对智能卡的安全防护.针对功耗分析技术的特点及关键技术,特别是DPA技术进行研究,提出了具体的改进防御方法.使用硬件描述语言VHDL在现场町编程门阵列(FPCA)上实现具备加密/解密功能的DES核,采用掩码方法对DES硬件结构进行改进,通过仿真和实验进行功能验证,改进的加密算法结构性能符合要求,在理论上具有抗DPA攻击的能力.     

针对DES加密算法的DPA攻击仿真平台

研究分析数据加密算法DES的特点,采用差分功耗分析(DPA)攻击方式进行密钥破解,针对DES算法实现一种差分功耗分析攻击仿真平台。该仿真平台具有精度高、模拟速度快等特点,其理论基础为集成电路中门电路在实现加密算法时的物理特性、功耗模型及数据功耗相关性。在该平台上针对DES加密系统,采用基于汉明距离的差分功耗攻击实现仿真模拟,成功破解了DES加密算法的密钥,从而给DES加密算法理论研究者提供了有益的基础和参考。     

对于DES的差分能量分析攻击及其防范对策

简要介绍了DES的加密过程,将差分能量分析DPA(DifferentialPowerAnalysis)的原理运用于该算法,提出了区分函数的选取原则,并针对差分能量分析的假设,介绍了几种对抗这种攻击的策略。     

AES能量攻击的建模与分析

在CMOS工艺实现的数字电路中,瞬时能量消耗很大程度上取决于当前时刻处理数据的中间结果。基于这一原理对加密设备实施的能量分析（PA）攻击能有效地破解密钥。本文针对高级加密标准（AES）建立了电路模型,从理论上用不同的统计方法在仿真平台上验证了差分能量分析（DPA）和相关能量分析（CPA）对AES攻击的可行性,在此基础上给出了一种低成本的抗能量攻击方法。     

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。     

AES密码电路抗差分功耗分析设计

针对差分功耗分析（DPA）攻击的原理及特点,分析了高级加密标准（AES）的DPA攻击弱点,采用掩盖（Masking）的方法分别对AES算法中字节代换部分（SubBytes）及密钥扩展部分进行了掩盖,在此基础上完成了AES抵御DPA攻击的FPGA硬件电路设计。通过对该AES的FPGA电路的差分功耗攻击实验验证,该方法能够很好地抵抗DPA攻击。     

DES差分功耗分析攻击设计与实现

针对DES(Data Encryption Standard)加密电路,采用了差分功耗分析(Differential Power Analysis,DPA)攻击方式进行解密.该方法是一种典型的功耗类型旁路攻击方式(Side Channel Attacks,SCA),其理论基础为集成电路(ICs)中基本单元CMOS逻辑门在实现加密算法时的物理特征、功耗模型及数据功耗相关特性.结合具体电路,介绍了针对DES加密系统进行的差分功耗分析攻击的设计与实现.目前,实验已经成功地破解了DES加密算法中56位有效密钥中的48位,逐步逼进了最终破解目标.这一结果至少已经表明,由于集成电路功耗等物理信号的泄漏及其在处理不同数据时功耗的差别,未加防护措施的DES加密系统终将难以抵御差分功耗分析的攻击.     

智能卡芯片中TDES密码电路的差分功耗攻击

使用相关性分析方法进行差分功耗攻击(DPA)实验,成功攻击了TDES密码算法。结果表明,相关性分析方法对简单的功耗模型具有很好的攻击效果且实施简单,对于HD功耗模型,获得TDES每一轮的圈密钥所需最少曲线条数仅为3 500条;同时,由于TDES和DES电路的实现结构相同,对两者进行DPA攻击的方法相同。     

差分功耗分析攻击下密码芯片风险的量化方法

针对差分功耗分析(DPA）攻击的原理及特点,利用核函数估算密码芯片工作过程中功耗泄漏量的概率分布密度,通过计算密钥猜测正确时攻击模型与功耗泄漏量之间的互信息熵,将密码芯片在面对DPA攻击时所承受的风险进行了量化。实验表明,该风险量化方法能够很好地估算出密钥猜测正确时攻击模型与功耗泄漏量之间的相关度,并为完整的密码芯片风险分析提供重要指标。     

An on-chip signal suppression countermeasure to power analysis attacks

There are several attacks that exploit the presence of side channels in hardware implementations of cryptographic algorithms to extract secret data. Differential power analysis (DPA) and simple power analysis (SPA) attacks sense the power consumption of the hardware to extract the secret cryptographic key. These attacks either directly examine the power traces or carry out statistical operations on the power traces obtained from the hardware while executing the cryptographic algorithm. This paper presents a circuit that can be added to crypto-hardware to suppress information leakage through the power supply pin side channel. We discuss the design, simulation results and the limitations of the suppression circuit. We show that this countermeasure significantly increases the number of power trace samples required to undertake a DPA attack. The countermeasure does not require any assumptions about the design of the hardware under protection.     

面向AES密码芯片的DPA攻击技术研究

给出针对AES密码芯片的DPA攻击实现方法,并基于Atmel-AES平台使用DPA攻击技术分析得到AES的密钥。证实AES算法面对DPA攻击时的脆弱性,同时也证明对AES芯片抗DPA攻击进行研究的必要性。     

All-or-Nothing Transforms as a countermeasure to differential side-channel analysis

Side-channel attacks on hardware implementations of cryptographic algorithms have recently been the focus of much attention in the research community. Differential power analysis (DPA) has been shown to be particularly effective at retrieving secret information stored within an implementation. The design of DPA-resistant systems that are efficient in terms of speed and area poses a significant challenge. All-or-Nothing Transforms are cryptographic transforms, which are currently employed in numerous applications. We examine All-or-Nothing Encryption systems from the DPA perspective. This paper shows that All-or-Nothing cryptosystems, whilst not preventing side-channel leakage, do fundamentally inhibit DPA attacks. Furthermore, we develop extensions to the All-or-Nothing protocol to strengthen the DPA resistance of the cryptosystem, providing a practical alternative to masking countermeasures for symmetric ciphers.     

对称加密系统差分功率谱分析攻击

介绍一种新的旁路攻击方式——差分功率谱分析攻击,阐明集成电路中CMOS逻辑门在工作时的数据功耗相关性,对比说明了差分功率谱分析与差分功耗分析过程,差分功率谱分析将采集的时域信号求其频域中的功率谱密度后再进行差分分析。对插入随机延时的DES嵌入式加密系统进行攻击实验,获得了DES算法的第1轮加密的48位密钥,证明差分功率谱分析可以有效解决时域攻击中的时间点不对齐问题。