一种抗攻击密码电路的设计与实现

发布时间：2017-07-28 11:26

  本文关键词：一种抗攻击密码电路的设计与实现

  更多相关文章： 功耗分析攻击 功耗分析攻击平台 密码电路 WDDL

【摘要】：随着集成电路的发展,嵌入式产品的应用越来越广泛。但与此同时,一些应用场合对嵌入式产品的安全性提出了很高的要求,其中,对抵抗功耗分析攻击的要求尤为高。恒定功耗单元是抵抗功耗分析攻击十分有效的方法,而WDDL技术因具有资源消耗低、可移植性、可设计性等特点而得到广泛研究。本文重点研究了基于WDDL的抗功耗分析攻击DES密码电路的设计与实现。首先,本文介绍了功耗分析攻击的物理基础,阐述了各种功耗分析攻击技术的原理与方法,分析了现有的抗功耗分析攻击措施的优缺点,确定了本文基于WDDL的密码电路设计路线。其次,本文设计了基于FPGA的WDDL半定制设计流程,并在FPGA上实现差分布线。同时,本文设计了实测功耗分析攻击平台对设计的抗功耗分析攻击密码电路进行测试分析。最后,根据FPGA设计的成功经验,本文实现了基于SMIC-0.18um工艺的WDDL密码电路,设计了WDDL的ASIC设计前端和后端流程,并提出交叉线的差分布线方法,提高了差分布线负载平衡效果。同时,本文还设计了基于电子设计自动化软件的仿真功耗分析攻击平台,对WDDL的ASIC抗功耗分析攻击密码电路进行了测试评估。论文中给出了仿真和实测结果。实测结果表明,FPGA的抗攻击DES密码电路在50万条功耗轨迹下仍然未能攻破。仿真验证表明,攻破ASIC的抗攻击DES密码电路所需要的功耗轨迹数量是攻破无防护密码电路所需要功耗轨迹数量的150倍,WDDL的DES密码电路的抗功耗攻击能力大幅提高。
【关键词】：功耗分析攻击 功耗分析攻击平台 密码电路 WDDL
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 论文的背景9-10
• 1.2 国内外的研究现状10-11
• 1.3 论文的主要工作和结构安排11-13
• 第二章 功耗分析攻击理论及防护措施13-33
• 2.1 功耗分析攻击的物理基础13-21
• 2.1.1 功耗的基本构成14-17
• 2.1.1.1 静态功耗14-15
• 2.1.1.2 动态功耗15-17
• 2.1.2 功耗轨迹的统计特性17-21
• 2.1.2.1 功耗轨迹的组成18
• 2.1.2.2 单功耗点特性18-21
• 2.2 功耗分析攻击原理与技术21-25
• 2.2.1 简单功耗分析攻击原理21-22
• 2.2.2 差分功耗分析攻击原理22-23
• 2.2.3 相关系数功耗分析攻击原理23-25
• 2.3 功耗分析攻击防护技术25-31
• 2.3.1 掩码技术25-28
• 2.3.1.1 布尔掩码与算术掩码25
• 2.3.1.2 架构级掩码技术25-27
• 2.3.1.3 元件级掩码技术27-28
• 2.3.2 隐藏技术28-31
• 2.3.2.1 随机化功耗技术29
• 2.3.2.2 恒定功耗单元技术29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 WDDL抗功耗攻击密码电路FPGA设计与验证33-63
• 3.1 FPGA的WDDL单元库设计33-38
• 3.1.1 组合逻辑单元设计34-36
• 3.1.2 时序逻辑单元设计36-38
• 3.2 WDDL的DES密码电路FPGA设计38-49
• 3.2.1 DES算法设计38-40
• 3.2.2 DES密码电路设计40-42
• 3.2.3 WDDL的DES密码电路设计42-47
• 3.2.4 FPGA复制差分布线方法实现47-49
• 3.3 FPGA实测功耗攻击平台设计49-58
• 3.3.1 功耗轨迹采集系统设计49-55
• 3.3.1.1 采样电路设计50-51
• 3.3.1.2 示波器的配置51-52
• 3.3.1.3 采样系统上位机软件设计52-55
• 3.3.2 功耗轨迹预处理算法设计55-56
• 3.3.2.1 功耗轨迹对齐算法设计55
• 3.3.2.2 功耗轨迹压缩算法设计55-56
• 3.3.3 功耗攻击模型的建立56
• 3.3.4 实测平台功耗攻击结果56-58
• 3.4 FPGA的抗攻击DES密码电路抗攻击能力测试与分析58-61
• 3.4.1 CPA攻击测试参数设置与测试过程58-59
• 3.4.2 CPA攻击测试结果59-60
• 3.4.3 功耗攻击测试结果分析60-61
• 3.5 本章小结61-63
• 第四章 WDDL抗功耗攻击密码电路ASIC设计与验证63-93
• 4.1 WDDL的ASIC库单元设计63-71
• 4.1.1 组合逻辑单元设计63-65
• 4.1.2 时序逻辑单元设计65-66
• 4.1.3 基于SMIC-0.18um工艺的WDDL单元功耗平衡性分析66-70
• 4.1.4 单元面积与功耗开销70-71
• 4.2 WDDL的DES密码电路ASIC设计71-83
• 4.2.1 基于WDDL的半定制电路设计方法71-75
• 4.2.2 差分布线技术75-83
• 4.2.2.1 差分布线的意义75-76
• 4.2.2.2 基于Galaxy Custom Router的差分布线方法实现76-77
• 4.2.2.3 复制差分布线方法实现77-80
• 4.2.2.4 复制方法产生的毛刺问题及其解决方法80-82
• 4.2.2.5 差分布线效果对比82-83
• 4.3 基于EDA软件的ASIC仿真功耗攻击平台设计83-88
• 4.3.1 目标工艺库的功耗模型83-85
• 4.3.2 EDA软件介绍85
• 4.3.3 基于仿真的功耗攻击平台工作流程85-86
• 4.3.4 无防护DES密码电路的仿真功耗攻击结果86-88
• 4.4 ASIC的抗攻击DES密码电路抗功耗攻击能力测试与分析88-92
• 4.4.1 CPA攻击测试参数设置与测试过程88-89
• 4.4.2 CPA攻击测试结果89-90
• 4.4.3 功耗攻击测试结果分析与对比90-92
• 4.5 本章小结92-93
• 第五章 总结与展望93-95
• 5.1 总结93-94
• 5.2 展望94-95
• 致谢95-97
• 参考文献97-103
• 作者简介103

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李浪;李静;李仁发;吴克寿;;一种高效功耗攻击物理实验平台研究[J];计算机科学;2010年06期

2 李浪;李仁发;徐雨明;章竞竞;;功耗攻击实验中一种高效功耗模型研究与应用[J];计算机应用研究;2009年12期

3 刘鹤;陈运;吴震;陈俊;朱冰;;真实硬件环境下针对椭圆曲线密码体制的简单功耗分析攻击[J];成都信息工程学院学报;2011年01期

4 刘上力;赵劲强;聂勤务;;基于概率因子的功耗分析建模及仿真研究[J];信息系统工程;2010年05期

5 唐星;章竞竞;;功耗分析仿真软件设计与实现[J];信息安全与技术;2013年10期

6 李元;刘政林;邹雪城;韩煜;陈毅成;;基于真实密码电路的功耗分析攻击研究[J];微电子学;2008年05期

7 罗鹏;冯登国;周永彬;;功耗分析攻击中的功耗与数据相关性模型[J];通信学报;2012年S1期

8 褚杰;赵强;丁国良;;基于虚拟仪器的差分功耗分析攻击平台[J];电子测量与仪器学报;2008年05期

9 陈艾东;饶金涛;;取样电阻对功耗分析攻击的影响[J];成都信息工程学院学报;2012年04期

10 谢满德,沈海斌,竺红卫;对智能卡进行微分功耗分析攻击的方法研究[J];微电子学;2004年06期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 李华伟;温晓青;向东;徐强;王智弘;李昂;;VLSI/SOC测试中的功耗主题—挑战性问题和现有解决方法[A];第五届中国测试学术会议论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 北京立功致远科技有限公司Actel FPGA市场推广与技术支持工程师 郭立龙;破解功耗成本难题 FPGA开启消费电子之门[N];中国电子报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 陈艾东;模幂算法功耗分析攻击的研究[D];电子科技大学;2013年

2 苗全;功耗分析攻击研究及抗功耗分析攻击密码芯片设计[D];山东大学;2012年

3 李翔宇;密码集成电路的非算法抗功耗分析设计方法研究[D];清华大学;2005年

4 朱念好;对称密码算法功耗分析攻击防御措施的研究[D];上海交通大学;2014年

5 李浪;分组密码芯片功耗攻击与防御问题研究[D];湖南大学;2010年

6 陈志强;超深亚微米CMOS集成电路功耗估计方法及相关算法研究[D];浙江大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 成世祺;一种抗攻击密码电路的设计与实现[D];东南大学;2015年

2 刘上力;高级数据加密标准的功耗分析及防范方法研究[D];中南大学;2007年

3 章竞竞;一类加密算法的功耗分析及其防御研究[D];湖南大学;2010年

4 成为;两种常用密码系统的功耗分析方法研究与实验验证[D];上海交通大学;2011年

5 刘人杰;迭代主成分分析在差分功耗分析中的应用[D];上海交通大学;2013年

6 陈志敏;安全芯片旁路功耗分析及抗攻击措施[D];上海交通大学;2007年

7 石伟;抗功耗分析攻击逻辑的研究与实现[D];国防科学技术大学;2006年

8 袁侃;分组密码电路的差分功耗分析新技术研究[D];上海交通大学;2013年

9 刘亚灵;基于RSA密码芯片的功耗分析攻击的研究与实现[D];天津大学;2012年

10 李金良;针对DES加密的功耗分析攻击[D];华东师范大学;2014年

，

本文编号：583827