SMS4密码算法的差分故障攻击

SMS4是用于WAPI的分组密码算法,是国内官方公布的第一个商用密码算法．由于公布时间不长,关于它的安全性研究尚没有公开结果发表．该文研究SMS4密码算法对差分故障攻击的安全性．攻击采用面向字节的随机故障模型,并且结合了差分分析技术．该攻击方法理论上仅需要32个错误密文就可以完全恢复出SMS4的128比特种子密钥．因为实际中故障发生的字节位置是不可能完全平均的,所以实际攻击所需错误密文数将略大于理论值;文中的实验结果也验证了这一事实,恢复SMS4的128bit种子密钥平均大约需要47个错误密文．文章结果显示SMS4对差分故障攻击是脆弱的．为了避免这类攻击,建议用户对加密设备进行保护,阻止攻击者对其进行故障诱导．     

对SMS4密码算法改进的差分攻击

差分分析和线性分析是重要的密码算法分析工具.多年来,很多研究者致力于改善这两种攻击方法.Achiya Bar-On等人提出了一种方法,能够使攻击者对部分状态参与非线性变换的SPN结构的密码算法进行更多轮数的差分分析和线性分析.这种方法使用了两个辅助矩阵,其目的就是更多地利用密码算法中线性层的约束,从而能攻击更多轮数.将这种方法应用到中国密码算法SMS4的多差分攻击中,获得了一个比现有攻击存储复杂度更低和数据复杂度更少的攻击结果.在成功概率为0.9时,实施23轮的SMS4密钥恢复攻击需要2^113.5个明文,时间复杂度为2^126.7轮等价的23轮加密.这是目前为止存储复杂度最低的攻击,存储复杂度为2¹⁷个字节.     

改进的SMS4算法差分故障与暴力联合攻击

研究了SMS4对差分故障和暴力联合攻击的安全性.这种联合攻击利用传统的故障模型、采用一种简化的差分故障攻击与暴力攻击相结合的方法.在实验中,用该攻击方法不到1分钟就可以恢复出128位的SMS4种子密钥,实验结果表明,SMS4密码算法很难防范这种利用差分故障和暴力攻击的联合攻击.该类型攻击对SMS4具有很大威胁,所以使用SMS4密码算法时,必须对轮函数相关运算进行保护.     

SMS4算法的不可能差分攻击研究

为研究分组加密算法SMS4抵抗不可能差分攻击的能力,使用了14轮不可能差分路径,给出了相关攻击结果。基于1条14轮不可能差分路径,对16轮和18轮的SMS4算法进行了攻击,改进了关于17轮的SMS4的不可能差分攻击的结果,将数据复杂度降低到O(269.47)。计算结果表明:攻击16轮SMS4算法所需的数据复杂度为O(2¹⁰³),时间复杂度为O(2⁹²);攻击18轮的SMS4算法所需的数据复杂度为O(2¹⁰⁴),时间复杂度为O(2123.84)。     

一种SMS4加密算法差分功耗攻击

针对SMS4加密电路,采用差分功耗分析攻击方式进行密钥破解.该攻击方法是一种典型的加密芯片旁路攻击方式,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征、功耗模型及数据功耗相关性.结合中国第一个商用密码算法SMS4,详细介绍了针对SMS4加密系统进行差分功耗分析攻击的设计与实现.开发了相应的仿真实验验证平台,实验验证成功破解了SMS4加密算法的密钥,从而给SMS4加密算法研究者提供了有益的安全设计参考.实验表明,未加防护措施的SMS4加密系统难以抵御差分功耗分析的攻击.     

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.     

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。     

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。     

抗差分功耗分析攻击的AES SubByte模块全定制VLSI设计

基于灵敏放大器逻辑,采用全定制的方法,设计实现一种AES密码算法的SubByte模块.本文的设计能够实现电路的功耗与运算数据及操作顺序的无关性,从而能够有效地防止差分功耗分析攻击.本设计采用SMIC 0.18um CMOS工艺,电路工作频率达到83.3 MHz.其版图面积约为0.85mm2.因此,本设计可以广泛应用于高度安全性的对称加密运算设备.     

基于代数表达式功耗模型的差分功耗分析攻击

差分功耗分析(DPA)攻击被证明是一种非常有效的针对加密设备的攻击方法,但目前存在的几个版本的DPA攻击方法对差分信息的需求量过高,且抗干扰能力有限、稳定性不强。在研究DPA攻击的基础上对DPA攻击方法进行了重构,简化DPA攻击复杂度,并提出基于代数表达式功耗模型的DPA攻击方法,该方法能够提高攻击的准确性,降低DPA攻击对差分信息的需求量。在SASEBO-GII实验平台上的实验结果表明,在不增加时间复杂度的前提下,提出的方法能够将针对硬件执行高级加密标准算法(AES)的DPA攻击对差分信息的需求量从数千条降到数百条,甚至更低。     

基于3DES密码算法的差分能量分析攻击方法的研究

针对基于芯片实现分组密码算法的物理泄漏安全问题,本文对软件实现3DES算法的STM32芯片进行了电磁辐射信号采集,通过差分能量分析攻击成功获取了密钥。实验选择3DES算法Sbox输出作为中间值,在算法的中间值开始运算时,通过芯片引脚输出高电平对示波器进行触发,极大地提高了实验攻击效率。一则实现已采集信号占用最小的存储资源,最大限度只采集中间值运算所对应的区间;二则保证已采集曲线未出现失调,在进行曲线处理时无需进行对齐操作;三则保证了已采集的信号的质量,极大减少攻击所需的曲线数目。实验表明,仅200条电磁信号曲线就能获取1次DES运算的轮密钥,同时反映了芯片存在严重的电磁辐射泄露。     

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。     

一种带掩码AES算法的高阶差分功耗分析攻击方案

鉴于能量分析攻击对密码芯片安全性的严重威胁,对掩码技术进行研究,提出一种通过使用预处理函数对固定值掩码进行攻击的高阶差分功耗分析(HODPA)方案。利用功耗曲线上2个信息点的联合分布绕过掩码对加密系统的保护。开发以MEGA16单片机为核心的侧信道攻击平台,并在该平台上进行实验验证,结果表明,在不明确掩码具体数值的情况下,一阶DPA无法恢复出正确密钥,HODPA方案仅需约500条功耗曲线即可得到正确密钥,且正误密钥之间区分度高,具有较强的实用性。     

抗差分功耗分析攻击的AES算法的VLSI实现

提出了一种抗差分功耗分析攻击的先进密码算法(AES)的低成本的VLSI实现方案.采用屏蔽(masking)技术来抗差分功耗分析攻击.为了降低抗攻击技术对原有运算单元速度面积的影响,在分析改进的AES算法的基础上,用优化运算次序、复用相应模块、采用复合域计算等方法实现了以极小的硬件代价获得了较高的抗攻击性能.采用HHNEC 0.25μm标准CMOS工艺,单元面积约48×103等效门;在70MHz工作频率下,数据吞吐率达到380Mbps.     

差分能量攻击所需样本数量研究

对分组密码算法差分能量攻击的样本数量选取问题进行研究。通过建立差分能量信号的信噪比模型,推导出样本数量的数学表达式为 ,根据σ和ε计算得到攻击所需样本数量为8 000。分别用5 000组和8 000组随机明文对高级加密标准算法进行差分能量攻击,结果证明,当样本数量为8 000时可以得到正确密钥,效果结果优于5 000组明文的情况。     

基于GHM多小波算法的功耗分析攻击

功耗分析的密钥获取是基于采集的功耗信号,功耗信号的信噪比是影响分析密钥成功率的重要因素,所以噪声能否被有效去除是提高功耗分析成功率的关键,针对该问题引入了基于GHM多小波的预处理方法。该方法首先对功耗曲线进行GHM多小波阈值去噪处理,其目的是最大限度地去除功耗曲线中不相关的噪声,提高功耗曲线中真实信号的信噪比,从而提高攻击效率。在MEGA16微控制器上,采集固定密钥随机明文的ASE算法的功耗曲线,对比原始功耗曲线与去噪后的功耗曲线执行相关功耗分析。实验结果表明,使用去噪后的功耗曲线执行相关功耗分析所需的功耗曲线减少了89.5%,相关系数平均提高了107.9%,验证了新方法的有效性。