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侧信道攻击技术综述

日用电器 2023年第6期 125-132页

作者：邓彬林永明威凯检测技术有限公司广州510000 中国电器科学研究院股份有限公司广州510000

侧信道攻击技术是一类通过分析计算设备产生的侧信道信息来破解加密算法或获取机密信息的攻击方法。在过去几十年中,随着计算机技术的不断发展和普及,侧信道攻击技术也日益成熟和普及。这种攻击方法可以通过非侵入式或侵入式的方式,从... 详细信息

侧信道攻击技术是一类通过分析计算设备产生的侧信道信息来破解加密算法或获取机密信息的攻击方法。在过去几十年中,随着计算机技术的不断发展和普及,侧信道攻击技术也日益成熟和普及。这种攻击方法可以通过非侵入式或侵入式的方式,从计算设备的电磁波辐射、功耗、时序等方面获取机密信息,从而破解加密算法或窃取敏感数据。侧信道攻击技术的广泛应用和不断进化给计算设备安全带来了挑战,也加剧了对计算设备安全性的关注。许多研究者已经对侧信道攻击技术进行了深入研究,本文旨在介绍目前已知的各种攻击方法及其理论基础、技术原理和实际应用情况,分析现有的侧信道防御措施及其优缺点。本文的研究成果可以为相关领域的研究者和从业者提供有价值的参考和指导,促进侧信道攻击技术研究的发展和计算设备安全性的提高。

关键词：侧信道攻击侧信道防御

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融合CNN_LSTM的侧信道攻击

计算机工程与应用 2023年第6期59卷 268-276页

作者：彭佩张美玲郑东西安邮电大学网络空间安全学院西安710121 西安邮电大学陕西省无线网络安全技术国家工程实验室西安710121

基于深度学习在侧信道攻击中的应用,在Chipwhisperer平台中实现AES算法,在其加密过程中测量相应能量迹,再利用CPA技术分析得出兴趣点位置,并针对兴趣点做出模型训练。在卷积神经网络(CNN),长短时记忆网络(LSTM)和CNN_LSTM混合模型三种... 详细信息

基于深度学习在侧信道攻击中的应用,在Chipwhisperer平台中实现AES算法,在其加密过程中测量相应能量迹,再利用CPA技术分析得出兴趣点位置,并针对兴趣点做出模型训练。在卷积神经网络(CNN),长短时记忆网络(LSTM)和CNN_LSTM混合模型三种网络模型上,结合数据预处理技术训练同步和异步能量迹。实验结果表明三种模型同步状态下的准确率相当,另外在保证模型训练参数不变的情况下逐渐增大异步数据时,三个模型训练集和测试集的准确率都在减少,但新提出的混合模型下降速度变化是最慢的,在实验异步数加大到50时,仍可以保证准确率在90%之上,即几乎一条能量迹就可恢复出正确密钥。所以,CNN_LSTM模型可以更好地适应能量迹发生异步的情况。

关键词：高级加密标准(AES) 侧信道攻击卷积神经网络长短时网络深度学习

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基于CBAPD网络的侧信道攻击

密码学报 2022年第2期9卷 308-321页

作者：郑东李亚宁张美玲西安邮电大学无线网络安全技术国家工程实验室西安710121

侧信道攻击是一类强大的密码分析攻击,自该理论提出以来受到了密码学界的广泛关注.近年来深度学习技术被越来越多地应用于侧信道攻击领域,其中如何提升深度学习模型的性能是研究的热点.本文根据攻击目标数据的特点,提出了一种新的卷积... 详细信息

侧信道攻击是一类强大的密码分析攻击,自该理论提出以来受到了密码学界的广泛关注.近年来深度学习技术被越来越多地应用于侧信道攻击领域,其中如何提升深度学习模型的性能是研究的热点.本文根据攻击目标数据的特点,提出了一种新的卷积神经网络结构CBAPD,此网络将卷积层中的激活函数去除,然后在卷积层后加入了批标准化层,并且在批标准化层后加入一个激活层来激活敏感信息.为评估模型的性能,在两个公开数据集ASCAD和DPA-contestv4上进行了测试.实验结果表明,本文所提出的CBAPD网络在ASCAD同步数据集上仅需要50条能量迹就可以攻击成功,在最大异步量为50和100个样本点的数据集上分别需要160和1850条能量迹就可以使rank值降到0并保持不变.在DPA-contestv4数据集上,CBAPD模型仅需要3条能量迹即可攻击成功.同时,通过对比2019年Benadjila等人所提出的CNN_(best),2020年陈等人所提出的SincNet网络和Zaid等人所提出的模型,CBAPD模型在最大异步量为50个样本点的ASCAD数据集上成功攻击时所需能量迹可减少34.426%-96.8%.而在DPA-contestv4数据集上,CBAPD模型与Zaid等人所提出的模型攻击效果相同,且优于其他两个模型.因此,本文所提出的CBAPD模型在不同的数据集上均有良好的表现.

关键词：侧信道攻击深度学习卷积神经网络 AES

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基于CNN-MGU的侧信道攻击研究

信息网络安全 2022年第8期22卷 55-63页

作者：高博陈琳严迎建信息工程大学郑州450001 中国人民解放军92957部队舟山316000

基于深度学习的侧信道攻击对密码算法的安全性具有严重威胁,是学术界研究的热点之一。目前神经网络模型存在准确率低、鲁棒性差、收敛速度慢等问题,针对这些问题,文章结合卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)和最小门控单元... 详细信息

基于深度学习的侧信道攻击对密码算法的安全性具有严重威胁,是学术界研究的热点之一。目前神经网络模型存在准确率低、鲁棒性差、收敛速度慢等问题,针对这些问题,文章结合卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)和最小门控单元(Minimal Gated Unit,MGU),提出基于CNN-MGU的神经网络模型。该模型首先通过CNN层提取轨迹上的局部关键信息,然后利用MGU层充分学习局部关键信息在时间上的相互依赖关系恢复密钥,最后在完全同步与非同步的轨迹上对模型的性能进行验证。实验结果表明,与基于CNN、长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络的攻击方法相比,基于CNN-MGU模型的训练准确率分别提高了约5.6%、3.4%。当数据集中加入的抖动量从0增大至50、100时,基于CNNMGU的神经网络模型的准确率仍达90%,鲁棒性强、收敛速度快。

关键词：侧信道攻击深度学习 CNN MGU

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抗一阶侧信道攻击的QUAD高速并行实现

小型微型计算机系统 2023年第2期44卷 435-441页

作者：黄娴李伟键毕远桥张云琛林泳林思瀚广东技术师范大学计算机科学学院广州510665

随着量子计算机的快速发展,在各种场景下确保物联网设备的安全面临着全新的挑战.多变量密码算法因其具有轻量级、可证明安全性和抵御量子计算机攻击的潜力等优势,成为后量子密码算法中最有前景的候选之一.然而研究发现,侧信道攻击方法... 详细信息

随着量子计算机的快速发展,在各种场景下确保物联网设备的安全面临着全新的挑战.多变量密码算法因其具有轻量级、可证明安全性和抵御量子计算机攻击的潜力等优势,成为后量子密码算法中最有前景的候选之一.然而研究发现,侧信道攻击方法只需要150条功耗轨迹即可攻破多变量密码算法QUAD的并行硬件实现.针对多变量密码算法在回写寄存器时普遍存在的侧信道泄露,本文提出了一种轻量级乱序防护方案,利用多项式方程计算时随机打乱各单项式的计算顺序而不影响最终结果的特性,增加一个乱序下标使得寄存器的内部初始状态随机化,并为了保证所有的单项式都只参与一次计算,在每一轮的加密中依次将寄存器中的值循环左移,从而打乱单项式的计算顺序,使得攻击者无法实施一阶侧信道攻击.本文所提出的防护方案只增加11.7%的面积开销就具有良好的抗一阶侧信道攻击能力.

关键词：多变量密码算法侧信道攻击 QUAD 轻量级防护方案乱序防护

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后量子密码算法的侧信道攻击与防御综述

软件学报 2021年第4期32卷 1165-1185页

作者：吴伟彬刘哲杨昊张吉鹏南京航空航天大学计算机科学与技术学院江苏南京211106

为了解决量子计算对公钥密码安全的威胁,后量子密码成为密码领域的前沿焦点研究问题.后量子密码通过数学理论保证了算法的安全性,但在具体实现和应用中易受侧信道攻击,这严重威胁到后量子密码的安全性.基于美国NIST第2轮候选算法和中国C... 详细信息

为了解决量子计算对公钥密码安全的威胁,后量子密码成为密码领域的前沿焦点研究问题.后量子密码通过数学理论保证了算法的安全性,但在具体实现和应用中易受侧信道攻击,这严重威胁到后量子密码的安全性.基于美国NIST第2轮候选算法和中国CACR公钥密码竞赛第2轮的候选算法,针对基于格、基于编码、基于哈希、基于多变量等多种后量子密码算法进行分类调研,分析其抗侧信道攻击的安全性现状和现有防护策略.为了深入分析后量子密码的侧信道攻击方法,按照算法核心算子和攻击类型进行分类,总结了针对各类后量子密码常用的攻击手段、攻击点及攻击评价指标.进一步地,根据攻击类型和攻击点,梳理了现有防护策略及相应的开销代价.最后,根据攻击方法、防护手段和防护代价提出了一些安全建议,并且还分析了未来潜在的侧信道攻击手段与防御方案.

关键词：后量子密码侧信道攻击故障攻击能量分析攻击时间攻击

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基于降噪自编码器的侧信道攻击预处理方法

密码学报（中英文） 2024年第2期11卷 416-426页

作者：朱肖城郑世慧杨春丽北京邮电大学网络空间安全学院北京100876 国家邮政局邮政业安全中心北京100091

侧信道分析在硬件安全评估中起着至关重要的作用,而降噪预处理可以去除数据曲线包含的部分噪声,提高攻击成功率.然而,当数据中噪声繁杂且期望预处理前后数据规模不减少时,常规的降噪方式效果较差甚至无效.本文基于卷积神经网络设计了一... 详细信息

侧信道分析在硬件安全评估中起着至关重要的作用,而降噪预处理可以去除数据曲线包含的部分噪声,提高攻击成功率.然而,当数据中噪声繁杂且期望预处理前后数据规模不减少时,常规的降噪方式效果较差甚至无效.本文基于卷积神经网络设计了一种优化的降噪自编码器.首先,对第一轮加密的字节代换操作具有相同输出的数据曲线做均值滤波处理,并根据字节代换的输出构造对应的自编码器模型标签,最大化地提取出纯净数据.其次,在计算标签与预测值的损失函数中添加L2正则化惩罚项,防止过拟合以及加速训练.本文对公开的DPAContestV2、DPAContestV4.1和ASCAD数据集进行降噪预处理及侧信道攻击.实验结果表明,处理后的数据相比原始数据信噪比分别提高3.53、3.14、3.86倍,皮尔逊相关系数分别提高1.94、1.37、1.04倍.在攻击阶段,不进行降噪预处理时V2、V4.1、ASCAD数据集分别需要1175、4、191条测试轨迹破译密钥.而使用本文方法降噪后成功攻击所需轨迹数量分别降低为440、1、41条.因此,本文的降噪自编码器网络可以大幅度降低信号中包含的噪声,并显著提高了攻击性能.

关键词：卷积神经网络降噪自编码器降噪预处理侧信道攻击

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侧信道攻击方法综述

现代信息科技 2022年第14期6卷 82-85页

作者：李聪北方民族大学计算机科学与工程学院宁夏银川750021

侧信道攻击主要通过采集密码算法在运行过程中所产生的时间、功耗、电磁等“侧信息”,对这些信息泄露进行分析运算从而破解密钥。文章首先分类总结了常见的侧信道攻击方法,其次以RSA公钥密码算法为例,从攻击目标、攻击步骤、攻击手段等... 详细信息

侧信道攻击主要通过采集密码算法在运行过程中所产生的时间、功耗、电磁等“侧信息”,对这些信息泄露进行分析运算从而破解密钥。文章首先分类总结了常见的侧信道攻击方法,其次以RSA公钥密码算法为例,从攻击目标、攻击步骤、攻击手段等方面阐述了其基于模幂运算的计时攻击原理,最后在此基础上分析总结了抗侧信道攻击的防护策略,并给出了一些安全建议。通过以上分类总结,举例验证,为接下来的侧信道攻击研究提供有价值的参考。

关键词：侧信道攻击 RSA算法防御对策

基于随机加法链的高级加密标准抗侧信道攻击对策

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电子与信息学报 2019年第2期41卷 348-354页

作者：黄海冯新新刘红雨厚娇赵玉迎尹莉莉姜久兴哈尔滨理工大学软件与微电子学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学理学院哈尔滨150080

侧信道攻击已经对高级加密标准(AES)的硬件安全造成严重威胁,如何抵御侧信道攻击成为目前亟待解决的问题。字节替换操作作为AES算法中唯一的非线性操作,提高其安全性对整个加密算法有重要意义。该文提出一种基于随机加法链的AES抗侧信... 详细信息

侧信道攻击已经对高级加密标准(AES)的硬件安全造成严重威胁,如何抵御侧信道攻击成为目前亟待解决的问题。字节替换操作作为AES算法中唯一的非线性操作,提高其安全性对整个加密算法有重要意义。该文提出一种基于随机加法链的AES抗侧信道攻击对策,该对策用随机加法链代替之前固定的加法链来实现有限域GF(28)上的乘法求逆操作,在此基础上研究随机加法链对算法安全性和有效性方面的影响。实验表明,所提随机加法链算法比之前固定的加法链算法在抵御侧信道攻击上更加安全、有效。

关键词：高级加密标准侧信道攻击字节替换加法链