摘要：为了消除功耗分析攻击的威胁,同时保证处理器的低功耗和高性能,提出了一种安全RISC-V处理器的实现方法.此安全处理器支持两种工作模式:安全模式和普通模式,分别用来处理需要保护的敏感数据和可公开的非敏感数据.安全模式的实现方法是在寄存器传输层(RTL)应用面向域掩码(DOM)技术对处理器的所有数据通路进行保护,包括通用寄存器、算术逻辑单元和数据存储单元等,最终数据通路位宽由32位扩展到64位.同时,通过可配置架构设计,实现了普通工作模式,在此模式下处理器支持RV32IMC和RV64IMC指令集.为了降低总体资源消耗,普通模式下的数据通路均通过复用安全模式的部分资源实现.通过两种工作模式的切换,处理器既可以有效保护敏感数据,又可以降低系统总功耗.使用global foundry 40 nm标准工艺库对设计进行综合,结果改造后的安全处理器面积是原版的1.68倍.搭建处理器仿真与攻击平台,用于验证安全处理器执行指令时的正确性和安全性.分别在两种工作模式下执行相同的任务,结果显示安全模式的功耗是普通模式的6.45倍,证明了普通模式存在的优越性;在两种工作模式下分别采集两百万条功耗曲线进行差分功耗分析(DPA)攻击,结果在普通模式下敏感密钥被成功获取,而在安全模式下敏感密钥被有效保护;采用Welch’s t-test分别对两种工作模式的抗功耗分析攻击能力进行评估,结果显示在99.99%的置信度下,普通模式存在多处安全隐患,而安全模式全程不会泄露敏感信息.

摘要：等功耗编码算法是一种既能提高算法效率,又能提高抗功耗分析攻击安全性的算法,但由于伪操作设计缺陷,原型算法在全零段时存在抗攻击弱点。经过对伪操作重新设计的优化改进,算法的安全性得到进一步加强。同时还给出了一种使用蒙哥马利算法的快速算法实现,在进一步提高算法效率的同时,并未削弱其安全性。在功耗测试平台上的实测结果也验证了该改进算法抗功耗分析攻击的有效性。

摘要：椭圆曲线标量乘法运算是椭圆曲线密码(ECC)体制中最主要的计算过程,标量乘法的效率和安全性一直是研究的热点。针对椭圆曲线标量乘运算计算量大且易受功耗分析攻击的问题,提出了一种抗功耗分析攻击的快速滑动窗口算法,在雅可比和仿射混合坐标系下采用有符号滑动窗口算法实现椭圆曲线标量乘计算,并采用随机化密钥方法抵抗功耗分析攻击。与二进制展开法、密钥分解法相比的结果表明,新设计的有符号滑动窗口标量乘算法计算效率、抗攻击性能有明显提高。

摘要：提出了一种基于随机化过程来抵御功耗分析攻击的方法。该随机化过程综合采用3种手段:在指令执行过程中,随机生成并插入与上一条真实指令相似的虚拟指令,使得插入的随机功耗与上条真实指令相近以避免被准确分析功耗;在指令执行、写回阶段插入一个随机延时来混淆指令执行时间以避免被准确定位;通过4种不同频率的时钟随机切换来对系统时钟进行扰乱以混淆瞬时功耗。基于CV32E40P处理器实现了该方法并通过相关功耗分析攻击进行实验,实验结果表明得到的最高相关性系数为0.139,比原处理器低0.641,该方法大大提高了处理器的抗功耗分析攻击能力。

摘要：Camellia算法在进入Feistel结构前加入白化密钥,并且且轮密钥的生成与密钥的每一位相关,导致一般相关功耗分析攻击无法适用于该算法。该算法的第三轮、第四轮的轮密钥为原始密钥循环左移得到,利用这一特性设计了攻击方案：首先攻击一、二轮得到三、四轮需要的输入值,再攻击三、四轮得到一个以原始密钥为未知数的可解方程,解方程得到原始密钥。以STC89C58AD微控制器为硬件仿真平台,对攻击方案进行了实验。实验结果表明：使用文中提出的攻击方案,分别用189-306条功耗曲线就可以恢复出1~4轮S-盒密钥。

摘要：乱序执行是密码芯片设计中一种低冗余、低功耗的抵抗功耗分析攻击的方法.芯片安全性随着操作执行时刻不确定度的增加而提高.基于数据流模式的乱序执行AES加密集成电路采用动态数据流结构、对并发操作串行地随机服务,通过增加顺序无关操作的数量和成批处理令牌提高不确定度.其中采用了新的令牌暂存-匹配-发射结构完成令牌的同步和对随机执行的控制.实验芯片的所有操作均实现了不确定执行,可以抵抗样本数小于15000的相关功耗分析攻击,芯片功耗低于所知的其它抗功耗分析攻击AES芯片.

摘要：研究了高级加密标准(AES)中不同结构S盒实现的面积、功耗与安全性因素,为资源受限和安全性要求高的嵌入式加密应用场合提供了设计参考依据.基于仿真工具和0.25μm,1.8 V工艺库,完成了包括查找表(LUT)、有限域分解(GF(24))、译码交错编码(DSE)等在内的5种S盒结构设计.基于功耗分析攻击,引入了S盒的功耗比率-相关系数积作为安全性指标.仿真结果表明GF结构S盒具有面积小、安全性高等特点,而DSE结构S盒具有极低功耗特性.

摘要：为获取真实硬件上实现的公钥密码密钥信息,提出了实用功耗分析模型,并归纳出指数信息提取的信息处理方法;利用自主设计实现的功耗分析平台获取了幂剩余算法功耗轨迹图,成功提取出其32bit指数信息;推翻了Messerges等关于使用SPA攻击难以在真实硬件环境下直接获取RSA密钥信息的论断;此外,还验证了静态掩盖算法抗SPA攻击的有效性。

摘要：提出了一种集成模乘求逆双重运算的抗攻击RSA协处理器设计.在设计中引入了指数重编码和双位扫描的方法以提高模幂运算的速度,并采用数据屏蔽和随机重编码的方案来防御功耗分析攻击.基于字串行架构实现了模乘和求逆运算,并提出了相应的可伸缩蒙哥马利模乘算法,使基本运算具有数据通路小、可伸缩性强的特点.在VLSI设计上实现了模乘和求逆运算的硬件复用,大幅度地降低了成本.FPGA验证表明协处理器能够正确地完成所有预定的功能.TSMC0.25um工艺综合结果显示,协处理器的工作频率可达170MHZ,总的规模(包括核心电路与存储单元)约为26K等效门.因此本文RSA协处理器体现了多功能、可伸缩、抗攻击和低成本的综合优势.

摘要：随着侧信道分析理论的不断发展,其对缺乏保护的小型密码设备如RFID标签等的威胁也越来越严重.为了保证数据的安全性,不少种类的RFID标签可对通讯时的数据进行加密,然而目前这类RFID标签在软硬件设计上仍然缺乏足够的抗侧信道攻击措施.为研究在将侧信道分析理论应用于真实RFID标签攻击时的难度和实际攻击效果,本文选取了近年来新兴的一款具有广阔应用前景的可编程RFID标签(TB-WISP 5.0)进行侧信道攻击.攻击从目标所运行的简单双向认证协议中的选择明文攻击漏洞入手,以无触发信号、非侵入式的采集方式获取到了目标运行AES加密时的功耗和电磁泄露轨迹,并分别利用这两种轨迹,通过侧信道分析理论成功恢复出了其完整的密钥信息.这一实验结果充分说明了当下加强小型密码设备抗侧信道攻击设计的迫切性和必要性.之后,本文给出了在具有低功耗、轻量化、快速计算需求的可编程RFID标签设备上设计抗侧信道分析措施的一些建议.