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小型微型计算机系统 2019年第12期40卷 2585-2590页

作者：鹿福祥李伟键黄娴广东技术师范大学计算机科学学院

以t检验为理论基础的TVLA方法具有简单、快捷、可靠,并且不需要掌握密码算法实现细节的优点,已成为密码算法的侧信道泄露评估标准.为减少环境噪声波动的影响、提高评估效率,研究者引入了配对t检验.本文针对非特定配对t检验的侧信道泄露... 详细信息

以t检验为理论基础的TVLA方法具有简单、快捷、可靠,并且不需要掌握密码算法实现细节的优点,已成为密码算法的侧信道泄露评估标准.为减少环境噪声波动的影响、提高评估效率,研究者引入了配对t检验.本文针对非特定配对t检验的侧信道泄露评估进行了研究,发现了两个问题:(1)配对功耗轨迹组间采样点相关性系数小于0时出现第I类错误;(2)可能会出现死区.针对以上问题,提出了一种非特定配对t检验的侧信道泄露评估优化方案.对AES算法的侧信道泄露评估实验表明,本文方法比传统分组t检验的评估方法减少70%功耗轨迹数量和45%的计算时间.

关键词：侧信道泄露评估配对t检验 Welcht检验检测效能

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基于TVLA的侧信道泄露评估方法优化研究

基于TVLA的侧信道泄露评估方法优化研究

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作者：鹿福祥广东技术师范大学

学位级别：硕士

侧信道攻击是利用密码算法在实现过程中的时间消耗、能量消耗、电磁辐射、等侧信道信息泄露而对加密设备实施的攻击。随着侧信道攻击技术的日臻完善和人们对信息安全要求的提高,侧信道泄露评估成为了密码芯片测评和认证的必要阶段。国... 详细信息

侧信道攻击是利用密码算法在实现过程中的时间消耗、能量消耗、电磁辐射、等侧信道信息泄露而对加密设备实施的攻击。随着侧信道攻击技术的日臻完善和人们对信息安全要求的提高,侧信道泄露评估成为了密码芯片测评和认证的必要阶段。国际上主要采用CC标准对密码产品进行安全评估,中国等同版本为国标GB/18336。采用“攻击导向”的CC标准评估过程需要专业人员操作,需要详细分析密码算法和实现细节,不具备通用性。目前另一种安全评估的标准方法是基于TVLA的测试向量泄露评估法,该方法具有易实现、易使用和通用性强等优点,可以有效解决CC标准存在的上述问题,因此成为当前侧信道攻击的热门研究方向。基于TVLA的侧信道泄露评估方案虽然具有诸多优点,但评估时要满足各种严苛条件,实际应用中容易受实验设置的影响而出现错误。同时实践中发现基于配对t检验的TVLA只有满足一定的条件时才能够发挥快速性、高效性,否则会出现错误的评估结果。本文以准确、高效和快速的评估方案为目标,对基于配对t检验的TVLA优化方案进行了深入研究。本文的主要工作和贡献如下:首先,对比分析了基于Welch’s t检验、配对t检验的TVLA实现过程的主要影响因素以及两种t检验适用的条件。TVLA的实现过程中由于实验测量设备、实验环境温度等因素产生的共同噪声而导致抽样的正相关样本,此时采用基于配对t检验的TVLA能够发挥其快速性、高效性、鲁棒性的优点。TVLA中的抽样设计很难避免交叉输入明文的顺序造成的样本相关性,为了TVLA的准确、快速实现应该根据样本相关性的正负来优选t检验。为此搭建了实验平台并根据三种影响因素设计了评估实验来验证本文发现的问题。然后,从理论上分析了两种t检验的不同以及样本相关性系数对两种t检验选择的要求。结合统计学对修正型双样本t检验的研究,利用t值、自由度、相关性系数可以将两种t检验进行相互修正使评估结果更加准确。本文提出了一种基于两种t检验相互修正的TVLA评估方法,可以发挥配对t检验的高效性又能避免错误。通过本文评估方案对AES在SAKURA-G上实现过程进行了评估,结果表明抽样过程中很难避免相关样本的产生,本文的优化方案可以准确、高效的完成评估。最后,将本文优化的评估方案应用到当前热门的后量子密码算法的侧信道泄露评估,通过对SAKURA-G标准评估板上并行实现的多变量密码算法QAUD进行评估验证本文优化方案的有效性,进而结合侧信道攻击分析中的寄存器泄露模型验证了评估结果的准确性。侧信道泄露评估过程中无法避免抽样过程造成的样本相关性,本文提出的TVLA优化方案能够避免因样本相关性导致单独使用Welch’s t检验或配对t检验出现的错误,在保证准确性和通用性的同时仍然具有配对t检验的高效性,因此在密码芯片的黑盒评估中具有很好的应用价值。

关键词：侧信道攻击侧信道泄露评估 TVLA 配对t检验修正型双样本t检验

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