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分组密码芯片模板攻击关键技术研究

分组密码芯片模板攻击关键技术研究

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作者：李佩之解放军信息工程大学

学位级别：硕士

密码芯片处理数据时会泄漏密码系统运行信息，如能量消耗、电磁辐射、操作时间等，利用上述信息对密码芯片实施的侧信道攻击，严重威胁着密码芯片的安全。模板攻击能够利用有限的泄漏信息获取密钥，逐渐成为侧信道攻击的热点。本文研究... 详细信息

密码芯片处理数据时会泄漏密码系统运行信息，如能量消耗、电磁辐射、操作时间等，利用上述信息对密码芯片实施的侧信道攻击，严重威胁着密码芯片的安全。模板攻击能够利用有限的泄漏信息获取密钥，逐渐成为侧信道攻击的热点。本文研究了分组密码芯片模板攻击技术，主要工作和研究成果如下：本文在分析侧信道信息泄漏机理、攻击理论模型及模板攻击原理的基础上，归纳了模板攻击的一般步骤，总结了现有模板攻击方法存在模板数量过多、样本容量过大等问题。针对上述问题，在深入分析典型分组密码算法S盒特性的基础上，提出了面向S盒输入的模板构建策略;在模板匹配阶段，引入判别分析中常用的几种判别方法进行模板匹配工作。针对所提出的两种模板构建策略，采用不同的判别方法进行了基于仿真功耗和实测功耗的攻击实验验证。通过仿真和实测实验的双重验证，结果表明使用本文提出的模板构建策略以及不同的判别方法均能成功的缩小猜测密钥空间或者直接获得正确密钥值。由于模板攻击所利用的侧信道信息中包含噪声分量和冗余信息，并且不同形式的泄漏信息之间在量纲和数量级上也有不同，如果直接对原始数据进行模板分析，会给计算带来不必要的开销。针对上述问题，本文对噪声进行了分类研究，针对不同类型的噪声，给出了相应的处理方法;通过对泄漏信息采用均值化的处理方法，解决了泄漏信息存在量纲和数量级不同的问题;同时，提出了采用能量迹压缩和提取主成分的方法来去除冗余信息。最后，对本文提出的方法进行了基于相关系数与分类正确率的验证，证明了所提出方法的有效性。密码芯片工作过程中采集的侧信道信息质量的好坏，直接关系到模板攻击能否成功获得密钥。本文在研究侧信道攻击技术的基础上，为了衡量侧信道信息对模板攻击的效用，引入了信息熵、信噪比等评估指标。在此基础上，使用本文提出的评估方法，对能量信号与电磁信号的特性进行了分析，并利用上述指标对其进行了评估，结果表明上述指标能够有效对侧信道信息进行评估。

关键词：密码芯片模板攻击侧信道信息评估方法判别分析信息熵信噪比

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