基于SOC芯片的AES加密算法的DPA攻击与防护研究

发布时间：2023-04-28 23:40

　　在密码算法执行过程中,必须依托密码设备采用软件或硬件的实现方式来实现密码算法。这些密码设备在运行过程中,总会伴随着“侧信息”的产生,例如能量的消耗、电磁的辐射等,这些侧信息对密码设备的安全产生了重大的隐患。而能量分析攻击是一种采集密码算法运行过程中的能量信息来分析破解秘密信息的一种方法,能量分析攻击以攻击效果显著、且成本较低、攻击手段简单的特点,严重的威胁密码设备的安全性。AES算法的全称为Advanced Encryption Standard,即高级加密标准,由美国国家标准与技术研究院(NIST)于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197,并在2002年5月26日成为有效的标准,并沿用至今,为使用最为广泛的分组加密算法之一。本文依托能量攻击平台,针对采用基于SOC芯片的软实现AES加密算法的安全智能卡设备进行差分能量分析(Differential Power Analysis,DPA)的研究。对DPA攻击所涉及的能量迹预处理、能量泄漏模型、攻击方法的选择等进行了系统化的实验与研究。并实现了一阶DPA攻击、使用乱序隐藏策略算法的DPA攻击、以及使用掩码防护策略的二阶DPA...

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
引言
    0.1 课题研究背景与意义
        0.1.1 信息安全与密码算法
        0.1.2 安全SOC芯片的广泛应用
    0.2 高级加密标准AES
    0.3 能量分析攻击
    0.4 密码算法的实现方式
    0.5 论文主要工作和章节安排
第1章 AES算法的原理与实现
    1.1 AES的加密算法
        1.1.1 AES的加密算法的算法描述
        1.1.2 AES的密钥扩展算法
        1.1.3 字节代换
        1.1.4 行移位
        1.1.5 列混合
        1.1.6 轮密钥加
    1.2 AES的解密算法
        1.2.1 AES的解密算法的算法描述
        1.2.2 逆字节代换
        1.2.3 逆行移位
        1.2.4 逆列混合
    1.3 本章小结
第2章 AES加密算法的DPA攻击与防护理论
    2.1 AES加密算法攻击理论概述
        2.1.1 密码设备的能量消耗
        2.1.2 能量迹的组成
        2.1.3 一阶DPA攻击原理
        2.1.4 能量模型
        2.1.5 攻击中间值的选择
        2.1.6 DPA攻击的能量迹的数量
    2.2 AES加密算法的抗DPA攻击技术
        2.2.1 隐藏技术
        2.2.2 掩码技术
    2.3 AES加密算法二阶DPA攻击原理
    2.4 本章小结
第3章 AES加密算法的DPA攻击实现
    3.1 能量分析攻击实验平台的组成
    3.2 能量迹和数据采集
    3.3 能量迹预处理
        3.3.1 滤谐波
        3.3.2 低通滤波
        3.3.3 对齐
    3.4 AES加密算法的DPA攻击结果
        3.4.1 一阶DPA攻击结果
        3.4.2 针对采用乱序隐藏技术的DPA攻击结果
        3.4.3 二阶DPA攻击结果
    3.5 本章小结
第4章 AES加密算法的抗DPA攻击设计
    4.1 适用于软件实现的AES加密抗DPA攻击方案设计
        4.1.1 RSM方案的概述
        4.1.2 掩码补偿操作在线计算引起的安全漏洞分析
        4.1.3 改进RSM方案的软实现设计
        4.1.4 改进方案的分析与验证
    4.2 适用于硬件实现的AES抗 DPA攻击加密算法核设计
        4.2.1 硬件实现掩码方案的概述
        4.2.2 AES加密硬件掩码方案的实现的流程
        4.2.3 硬件掩码S盒方案
        4.2.4 AES加密硬件掩码方案安全性分析
        4.2.5 AES加密硬件掩码方案仿真验证
    4.3 本章小结
第5章 结论与展望
致谢
参考文献
附录 A AES加密算法DPA攻击结果
    A.1 软实现无防护方案攻击结果
    A.2 软实现S盒乱序方案攻击结果
    A.3 软实现S盒掩码方案攻击结果
    A.4 改进的软实现掩码方案攻击结果



本文编号：3804718