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一种新的抵抗差分错误分析的S盒实现

密码学报 2022年第2期9卷 257-266页

作者：徐翌豪李智虎樊燕红王美琴山东大学网络空间安全学院青岛266237 密码技术与信息安全教育部重点实验室青岛266237 中国电力科学研究院有限公司北京100192

差分错误分析(differential fault analysis,DFA)作为一种主动性的物理攻击,对密码产品的安全性造成了一定的威胁.为了有效地抵抗DFA攻击,Aghaie等人提出了一种错误检测电路.在密码算法的硬件实现中,该检测电路要求S盒的电路满足独立性... 详细信息

差分错误分析(differential fault analysis,DFA)作为一种主动性的物理攻击,对密码产品的安全性造成了一定的威胁.为了有效地抵抗DFA攻击,Aghaie等人提出了一种错误检测电路.在密码算法的硬件实现中,该检测电路要求S盒的电路满足独立性以避免错误扩散.Aghaie等人利用查表(lookup table,LUT)的方式实现了S盒电路的独立性.我们提出一种搜索已知S盒独立特性的布尔函数实现的算法,使S盒在硬件综合之前就以没有共用门电路的形式满足独立性.传统的LUT方式由综合器采用内置优化算法得到S盒的门电路实现,但对于实现复杂的S盒,这种通用性的优化算法往往效率不高.我们将搜索给定S盒的独立性实现的算法应用一些具体S盒如GIFT、Khazad、LBlock等中.实验结果显示,对于不同的S盒,实现效率均有不同程度的提升.

关键词：差分错误分析独立性 S盒布尔表达式

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PRESENT的多模型差分错误分析

计算机工程与科学 2011年第10期33卷 39-44页

作者：唐明沈菲邓慧尹鹏邱镇龙马啸张焕国武汉大学信息安全与可信计算机教育部重点实验室湖北武汉430072 武汉大学计算机学院湖北武汉430072

PRESENT密码是一种适用于传感器网络、RFID标签等小规模硬件的轻量加密算法。本文对PRESENT算法的差分错误分析方法进行研究,提出了针对PRESENT密码的四种差分错误模型,并对它们进行分析对比,从而找到针对PRESENT算法最好的差分错误分... 详细信息

PRESENT密码是一种适用于传感器网络、RFID标签等小规模硬件的轻量加密算法。本文对PRESENT算法的差分错误分析方法进行研究,提出了针对PRESENT密码的四种差分错误模型,并对它们进行分析对比,从而找到针对PRESENT算法最好的差分错误分析方法。就我们收集到的现有发表著作显示,此次研究比以往PRESENT的差分错误攻击更为有效。最好结果是,在第28轮和第29轮P置换之间引入8bit随机错误,平均使用17个错误样本分析得到最后一轮64bit白化密钥。

关键词：密码分析差分错误分析轻量密码 PRESENT密码

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对称加密算法AES和DES的差分错误分析

复旦学报（自然科学版） 2013年第3期52卷 297-302页

作者：孙维东俞军沈磊复旦大学微电子研究院专用集成电路与系统国家重点实验室上海200433

分析对称加密算法AES和DES对差分错误分析的安全性.描述了一种针对AES加密算法的差分错误分析方法,通过软件模拟成功恢复根密钥.实验结果表明,只需20次左右的错误注入就能实现AES差分错误分析.提出一种新的DES差分错误分析方法,该方法与... 详细信息

分析对称加密算法AES和DES对差分错误分析的安全性.描述了一种针对AES加密算法的差分错误分析方法,通过软件模拟成功恢复根密钥.实验结果表明,只需20次左右的错误注入就能实现AES差分错误分析.提出一种新的DES差分错误分析方法,该方法与AES差分错误分析在原理上类似,软件模拟结果表明破解DES需要的错误注入次数更多.因此无任何防护手段的AES和DES加密算法很容易受到差分错误分析的攻击.最后提出引入错误侦测机制能有效抵御此类攻击.

关键词：高级加密标准数据加密标准差分错误分析智能卡

基于多字节错误的对AES-128的差分错误分析

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计算机工程与设计 2008年第17期29卷 4423-4424,4427页

作者：沈静杜育松广州大学华软软件学院网络技术系广东广州510990 广州大学数学与信息科学学院广东广州510006

分析一种已有的对AES-128的错误引入攻击方法。它基于比特错误,攻击效率比较低。给出一种改进的攻击方法,以提高攻击效率。改进后的方法考虑每次引入错误时,向整个状态寄存器中引入多个比特错误,造成多字节错误。与引入单个比特错误相比... 详细信息

分析一种已有的对AES-128的错误引入攻击方法。它基于比特错误,攻击效率比较低。给出一种改进的攻击方法,以提高攻击效率。改进后的方法考虑每次引入错误时,向整个状态寄存器中引入多个比特错误,造成多字节错误。与引入单个比特错误相比,在相同的攻击成功率下,引入多字节错误可以很大程度地减少错误引入的次数,并且对错误引入技术要求更加宽松。

关键词： AES 侧信道分析错误引入攻击差分错误分析智能卡

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一种新的抵抗差分错误分析的S盒实现

一种新的抵抗差分错误分析的S盒实现

作者：徐翌豪山东大学

学位级别：硕士

随着人类社会各个领域都在高速信息化、数字化发展,对信息安全的保护也变得越来越重要,密码是保证信息安全的一种必要手段,一般通过数据加密、消息认证和数字签名等方式提供保密、鉴别、完整性、抗抵赖等服务。近些年来,针对密码算法硬... 详细信息

随着人类社会各个领域都在高速信息化、数字化发展,对信息安全的保护也变得越来越重要,密码是保证信息安全的一种必要手段,一般通过数据加密、消息认证和数字签名等方式提供保密、鉴别、完整性、抗抵赖等服务。近些年来,针对密码算法硬件实现的物理攻击越来越成为密码分析的热门领域,其中差分错误分析（DFA）作为一种主动性的物理攻击,在密码算法的硬件实现中敌手通过注入错误、分析错误输出来获得密钥的部分信息,其攻击的广泛性、严重性使其成为分组密码算法的巨大威胁。Aghaie等人首先设计出100%检测错误注入的完美电路（Impeccable Circuits）,之后在FSE 2019上,Beierle等人按照这个电路的逻辑设计了新的抵抗DFA的轻量级分组密码算法CRAFT,其S盒的电路实现满足独立性以避免注入错误的扩散,作者在具体实现时通过独立性查表（LUT）的方式实现这一性质。本文提出对于已知S盒独立特性的布尔函数实现算法,使S盒在硬件综合之前就以没有共用门电路的形式满足独立性。传统的LUT方式由综合器采用内置优化算法得到S盒的门电路实现,但对于要求独立性实现的S盒,这种通用性的优化算法往往效率不高。为了提升满足独立性准则的S盒实现性能,本文提出了一种新算法。该算法主要包括两个模块:图生成模块和独立性实现模块,能够针对已知S盒生成满足独立特性的布尔表达式。针对某些已知S盒的实现性能,布尔表达式实现方式优于LUT的实现方式。本文的算法应用到多个已知S盒如GIFT、Khazad、Lblock等中,实验结果显示,与单纯依赖综合软件优化的LUT实现方法相比,本文提出的S盒独立性优化实现方法对于不同S盒,实现性能均有不同程度的提升。

关键词：差分错误分析独立性 S盒布尔表达式

智能卡上椭圆曲线标量乘差分错误分析攻击研究

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信息工程大学学报 2011年第6期12卷 660-665页

作者：翁江豆允旗马传贵信息工程大学信息工程学院河南郑州450002

椭圆曲线标量乘以其较高的安全性和有效的计算性通常嵌入在智能卡中。差分错误分析是侧信道攻击中的一类,通常应用于攻击硬件加密设备以成功获得秘密信息。给出了在两种不同情况下差分错误分析方法应用于攻击智能卡上的椭圆曲线标量乘。

关键词：椭圆曲线密码椭圆曲线标量乘离散对数差分错误分析智能卡

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对RC4算法的错误引入攻击研究

电子科技大学学报 2009年第2期38卷 253-257页

作者：杜育松沈静广州大学数学与信息科学学院广州510006 广州大学华软软件学院广州510990

错误引入攻击假设攻击者可以向密码设备(智能卡)引入错误,使其出现错误的加密结果。攻击者同时利用正确的和错误的加密结果来发现隐藏在密码设备中的秘密信息(密钥)。该文给出了一种对RC4算法的错误引入攻击方法。模拟实验表明,一轮攻... 详细信息

错误引入攻击假设攻击者可以向密码设备(智能卡)引入错误,使其出现错误的加密结果。攻击者同时利用正确的和错误的加密结果来发现隐藏在密码设备中的秘密信息(密钥)。该文给出了一种对RC4算法的错误引入攻击方法。模拟实验表明,一轮攻击有可能找出RC4初始状态中3个位置的值,连续使用该算法能以较高(大于1/2)的概率恢复RC4的整个初始状态。恢复整个初始状态所需的密钥字个数约为O(216),引入的错误数量约为O(216)。

关键词：差分错误分析错误引入攻击 RC4 秘密信息

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抗错误攻击的AES密码电路研究与验证

抗错误攻击的AES密码电路研究与验证

作者：魏永康南京航空航天大学

学位级别：硕士

旁路攻击及其防御对策的研究是目前信息安全领域的研究热点之一。错误攻击作为一种新兴的旁路攻击技术,具有攻击能力强,时间复杂度低等优点,已成为密码芯片安全的主要威胁。因此,研究抗错误攻击的密码电路具有非常重要的意义。论文的主... 详细信息

旁路攻击及其防御对策的研究是目前信息安全领域的研究热点之一。错误攻击作为一种新兴的旁路攻击技术,具有攻击能力强,时间复杂度低等优点,已成为密码芯片安全的主要威胁。因此,研究抗错误攻击的密码电路具有非常重要的意义。论文的主要工作是研究与设计抗错误攻击的AES密码电路。首先研究了现有的错误攻击方法,在此基础上设计了基于差分错误分析的AES密码电路错误攻击仿真平台。然后,在深入分析了基于感染机制的抗错误攻击AES密码电路的基础上,将随机掩码与感染机制相结合,设计了一种基于随机掩码的感染策略。该策略通过在AES加密过程中引入随机的布尔掩码来抵抗双错误攻击,同时在感染机制的扩散函数中引入随机的乘法掩码来解决错误传播固定化的问题。最后,基于遗传算法和虚拟可重构电路,采用三级流水线结构设计了基于FPGA的演化硬件系统,该系统演化一代仅需0.311毫秒,相比于传统的PC+FPGA演化硬件系统,演化速度提高了两个数量级。并在此基础上提出了一种容错S盒电路结构,该结构将8×8bit的S盒电路分解为64个4×2bit的子电路分别进行演化,以达到抗多字节错误攻击的目的。基于所设计的错误攻击仿真平台,以在第九轮S盒输出结果中注入单比特错误作为攻击实例,仅需4对错误/正确密文即可恢复密钥,验证了平台的有效性。而采用此平台对基于随机掩码感染策略的AES电路进行攻击,无法获得密钥,表明该策略是有效的。最后对容错S盒注入Stuck-At-0或Stuck-At-1错误,S盒电路经过重新演化后仍然可以正常工作,表明了此S盒结构抗错误攻击的有效性。

关键词：旁路攻击 AES 差分错误分析演化硬件感染机制

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数据加密算法IDEA的错误引入攻击研究

通信技术 2009年第11期42卷 102-103,107页

作者：杜育松王学理广州大学数学与信息科学学院广东广州510006 华南师范大学数学学院广东广州510631

文中研究对IDEA的一个差分错误分析方法。它基于暂时随机的比特错误,并利用IDEA中群运算的差分特性。模拟实验表明,该攻击方法能够确定IDEA初始密钥中的62个比特。给出对IDEA的一个基于永久性错误的错误引入攻击方法。该攻击要求攻击者... 详细信息

文中研究对IDEA的一个差分错误分析方法。它基于暂时随机的比特错误,并利用IDEA中群运算的差分特性。模拟实验表明,该攻击方法能够确定IDEA初始密钥中的62个比特。给出对IDEA的一个基于永久性错误的错误引入攻击方法。该攻击要求攻击者能够永久地毁掉密码设备中的几个寄存器,并使得它们寄存的值总为零。利用该攻击,攻击者可以找出IDEA初始密钥中的96个比特。

关键词：侧信道分析差分错误分析错误引入攻击 IDEA