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分组密码算法的功耗分析及掩码防御技术研究

张凯峰  
【摘要】:信息安全是社会信息化和数字化建设的前提,与国民经济的发展、社会的稳定和国家的安全息息相关。密码芯片作为信息安全的核心,保障了信息的完整性、非否认性和机密性,深刻影响着以信息系统为支撑的各个领域。然而,功耗分析攻击的出现,给密码芯片自身的安全性带来了严峻的挑战。功耗分析攻击以其有效的攻击效果和潜在的发展前景,已经引起了国内外研究者的极大关注。在此背景下,分析密码芯片面临的安全威胁,并且探索出相应的防范策略,对于保障信息系统的安全性有重大的意义。 论文面向密码算法的ASIC实现方式,研究了功耗分析攻击的物理特性和差分功耗分析攻击原理。在此基础上搭建了功耗分析攻击模拟平台,可以快速对密码算法ASIC实现的可攻击性进行评估。该平台使用PrimeTime PX软件进行功耗模拟,依照汉明距离模型使用MATLAB进行功耗建模,并基于相关系数完成攻击过程。 数据加密标准(DES)和高级加密标准(AES)是对称密码体制加密算法的典型代表,论文在完成了它们的RTL设计的基础上,分析了DES和AES中可被攻击的薄弱环节,并使用功耗分析攻击模拟平台成功获取了轮密钥,证实了在密码芯片的实现中加入防护措施的必要性。在所有功耗分析攻击防护技术中,掩码技术是应用最为广泛的抗攻击措施之一,论文在深入研究掩码技术原理的基础上,完成了DES和AES算法的掩码实现,并使用功耗分析攻击模拟平台对此方案的安全性进行了评估。实验结果表明,所采用的掩码防御措施具有显著的效果,起到了抗攻击的作用。


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