AES密码系统[1]是一种应用范围很广的对称式安全算法,而侧道信号方法是一类非常有效的攻击对称式密码系统的方法。侧道信号攻击是一种利用侧道信号与电路内部数据的相关性而破解对称式密码系统的攻击方法。本文作者旨在设计一种抗侧道信号攻击的AES硬件系统。本文作者首先设计了一种可以兼容三种密钥长度的无防护AES电路,以此电路作为攻击对象,采集电路的功耗信息,重点采用当前侧道攻击方法中三种最为重要的攻击方法,即差分功耗分析、错误攻击以及模板攻击来攻击AES系统成功,在差分功耗分析方面,作者采用结合两个字节的分析方法,利用汉明距离模型,一次性可以攻击16比特轮密钥,并且验证成功；在错误攻击方面,作者采用了一种多比特错误注入情况下的攻击方法,在不知道密钥长度前提下只需要少量的错误便可以获取系统的根密钥,并且利用软件Matlab编写了攻击程序的用户界面；在模板攻击方法上,本文作者提出了一种完全新的模板攻击算法流程,通过这种攻击流程能够直接获取系统的根密钥,更进一步,为了提高模板攻击的效率以及降低攻击的运算量,作者结合了两种数据预处理方法,而且被证明是有效的处理方法。结合三种不同的攻击方法,作者有效的对初始无防护电路做了防护方案,其中对于差分攻击方法作者采用了掩码方案来降低系统内部数据与侧道信号的相关性从而保护AES系统,对于其中最为核心的是非线性SBOX的设计,作者首先调研了当前最优秀的掩码方案,另外也提出一种全新的基于改进FFT的实现方案并且实现。对于错误攻击的防护作者采用校验的系统架构加上错误传递的方案有效的防御了注入错误之后对系统的攻击,而对于模板攻击的防护,作者也调研了如何设计方能有效的提高攻击者的难度,提高系统的安全性。并且对改进后的设计方案再做之前的三种侧道攻击,验证了带防护的AES硬件系统的安全性。本文主要分为六大章节,第一章节主要是绪论部分,第二章节是AES算法简介以及相关理论介绍；第三章节介绍无防护的AES电路结构设计；第四章节主要介绍三种主要的侧道信号攻击方法、原理以及攻击结果；第五章节主要针对第四章节的攻击方法对电路设计防护方案,并且验证硬件的安全性；第六章为将来的研究方向以及工作展望。