抗功耗攻击型ECC协处理器的设计

发布时间：2017-06-08 02:16

  本文关键词：抗功耗攻击型ECC协处理器的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：信息安全是一个关乎国家主权及安全、社会稳定、民族文化传承和发扬的重要问题。而密码技术是信息安全的核心,是保证信息完整性、保密性和安全性不可或缺的技术。基于椭圆曲线离散对数问题的椭圆曲线密码体制(Elliptic Curves Cryptography,ECC)是公钥密码体制的一种,与目前主流的公钥密码体制RSA相比,因为其具有安全性高、计算量小、处理速度快、存储空间小、带宽要求低等优势而被认为是未来替代RSA的公钥密码体制。然而随着ECC在信息安全领域的应用不断推广,针对ECC的密码攻击技术也日臻成熟,特别是功耗攻击技术,主要利用密码芯片工作过程中的瞬时功耗依赖于芯片所处理的数据和所执行的操作来获取芯片中的私密信息。基于以上背景,本文首先对椭圆曲线密码体制的数学理论进行了深入的探讨,并在此基础上着重研究了椭圆曲线密码体制的核心运算模块标量乘模块的硬件实现。在硬件实现时,将ECC标量乘模块划分为二元域运算层和椭圆曲线运算层分别进行设计,设计出了二元域运算层的模加、模乘、模平方及模逆模块和椭圆曲线运算层的点加、倍点等模块,采用射影坐标系上Montgomery标量乘算法实现了标量乘模块,并对各个模块进行了功能验证。然后,深入研究了功耗攻击理论以及针对ECC密码体制的安全防护技术,在此基础上采用随机化坐标轴的方式对射影坐标系上的Montgomery标量乘算法进行了优化,在算法层面上提出了ECC标量乘抗功耗攻击防护方案,并根据该防护方案设计出了一款具有抗功耗攻击性能的ECC标量乘模块,并验证了其功能上的正确性。最后通过功耗攻击实验对其安全性进行了分析,证明了其具有抗功耗攻击的能力。
【关键词】：信息安全 椭圆曲线密码体制 功耗攻击
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.1;TP332
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景和意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 椭圆曲线密码体制研究现状10-11
• 1.2.2 功耗攻击及其防御技术研究现状11
• 1.3 本文主要研究内容11-12
• 1.4 论文结构安排12-13
• 第2章 椭圆曲线密码体制理论基础13-21
• 2.1 群和有限域理论简介13-14
• 2.2 椭圆曲线密码体制简介14-18
• 2.2.1 椭圆曲线理论14-17
• 2.2.2 椭圆曲线离散对数问题17
• 2.2.3 椭圆曲线加解密协议17-18
• 2.3 ECC实现的层次结构18-19
• 2.4 ECC实现的参数选取19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第3章 二元域运算层各模块设计21-32
• 3.1 模加算法及实现21-22
• 3.1.1 模加算法概述21
• 3.1.2 模加设计与仿真21-22
• 3.2 模乘算法及实现22-24
• 3.2.1 模乘算法概述22-23
• 3.2.2 模乘设计与仿真23-24
• 3.3 模平方算法及实现24-26
• 3.3.1 模平方算法概述24-26
• 3.3.2 模平方设计与仿真26
• 3.4 模逆算法及实现26-31
• 3.4.1 模逆算法概述26-28
• 3.4.2 模逆设计与仿真28-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第4章 椭圆曲线上标量乘模块的设计32-54
• 4.1 常用ECC标量乘算法与性能比较32-36
• 4.1.1 二进制算法32-33
• 4.1.2 二进制NAF算法33-34
• 4.1.3 Montgomery算法34-35
• 4.1.4 标量乘算法的性能比较35-36
• 4.2 ECC标量乘模块的设计36-48
• 4.2.1 标量乘模块总体架构36-37
• 4.2.2 标量乘核心运算模块的实现37-43
• 4.2.3 标量乘坐标转换模块的实现43-47
• 4.2.4 标量乘模块的实现47-48
• 4.3 标量乘模块的验证与性能评估48-53
• 4.3.1 标量乘模块功能仿真48-52
• 4.3.2 标量乘模块性能分析52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 ECC芯片安全防护技术研究54-69
• 5.1 功耗攻击技术基本理论54-58
• 5.1.1 功耗攻击的物理基础55
• 5.1.2 功耗攻击分类与简介55-58
• 5.2 ECC标量乘安全性分析与防护方案58-61
• 5.2.1 ECC标量乘算法安全性分析58-59
• 5.2.2 ECC标量乘防护方案59-61
• 5.3 抗功耗攻击型ECC标量乘模块的设计61-65
• 5.3.1 射影坐标系到仿射坐标系转换模块的实现62-63
• 5.3.2 抗功耗攻击标量乘模块的实现63-65
• 5.3.3 抗功耗攻击型标量乘模块的验证65
• 5.4 ECC标量乘模块安全性分析65-67
• 5.5 本章小结67-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 致谢76

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本文编号：431085