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基于ECC算法的智能卡抗功耗攻击研究

马博  
【摘要】: 相对其它公钥密码,在安全性相同的前提下,ECC(椭圆曲线密码)具有密钥短,存储空间小,处理步骤少等优势,在智能卡领域倍受青睐,已经成为智能卡加密算法的主流技术。 如今智能卡已得到广泛应用,而各种针对ECC的攻击手段也随之而来。普通的攻击方法效率很低,甚至在智能卡的寿命期内无效。但是,功耗攻击却是一种相对高效的攻击手段,已经成为智能卡的重大威胁。 本文深入研究、分析了ECC算法原理和功耗攻击方法;在此基础上,研究了ECC抗功耗攻击的主要方法与技术;重点研究了智能卡中ECC算法抗功耗攻击的方案,并用数据着重对其执行效率和安全性进行了细致分析说明。 基点掩码是ECC算法抗差分功耗分析的主要思想之一,其前导工作是找到椭圆曲线上的一个随机点,相对于以往选取随机点的方法,本文提出了一种新的选取椭圆曲线上随机点的方法,现已申请国家专利,并获得了专利受理号。 根据智能卡的计算能力,论文比较了不同坐标系中的计算代价,选用了实现效率最高的坐标系组合对ECC算法抗功耗攻击方案分别进行评估。在此基础上,提出了一种适合智能卡的相对高效的防御方案,并在理论上证明了该方案的正确性。该方案具有高效执行和强安全性兼顾的特点。 基于该防御方案,论文通过硬件与软件相结合的方式,在智能卡芯片设计上实现了带防御措施的ECC算法;其中,硬件部分设计了ECC的底层基本运算,并对设计进行了仿真验证;而软件部分设计了ECC的中、上层运算,并通过实际的数据计算对其进行了验证。 对论文所提出的防御方案前后的ECC算法,在某智能卡芯片上分别进行了功耗攻击实验验证,采集了芯片工作时的功耗波形,统计了大量的功耗数据,并以此画出了分析结果图;验证结果表明,本文所设计的抗功耗攻击方案能够完全抵御功耗攻击的威胁,从实践上证明了该防御措施的有效性。


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