分组密码算法属于对称密码算法范畴,由于其加解密速度快、容易标准化等特点,在网络与信息安全领域发挥着重要的作用。当具体分组密码算法在实际的密码设备（如密码芯片）上实现时,如果不加防护将很容易遭受到侧信道攻击的威胁。如何提高现有攻击的效率及如何抵御侧信道攻击一直是国际上研究的热点和难点。目前,抵抗侧信道攻击最普遍、最简单有效的方案是掩码技术。掩码技术在算法层上对密码算法进行安全防护。如何构造既高效又安全的掩码防护方案是目前急需讨论的问题。本文主要基于主流分组密码算法AES（Advanced Encryption Standards）、国密SM4和轻量级分组密码算法LED,从分组密码算法侧信道攻击的改进和掩码防护方案设计两方面进行研究。主要研究成果如下:1.给出国密算法SM4基于精确性模型的相关能量分析方法。提出了相关能量分析精确性模型的概念。以SM4密码算法的结构为基础,构造了基于精确性模型的相关能量分析方法。实验结果表明,在相同能量迹条数的前提下,基于精确性模型的相关能量分析的成功率高于传统相关能量分析,特别是在分析S盒较少的密码算法时,且其计算量与传统相关能量分析基本相当。2.给出AES的阶梯式相关能量分析及掩码防护。分析了在并行实现下相关能量分析的效率低下的原因,并提出了针对性的阶梯式方案。通过利用本文提出的相关能量分析精确性模型,以AES密码算法的结构为基础,构造了一种新的阶梯式相关能量分析。仿真实验结果表明,在攻击的成功率达到90%的前提下,阶梯式相关能量分析比传统相关能量分析减少了大约60%能量迹条数的需求。在SAKURA-G上进行的测试结果表明:本方案恢复正确密钥所需的能量迹条数接近将搜索空间扩展到最大时的情况,并且拥有足够小的计算量。此外,在掩码防护方面,提出了两种减少额外随机数引入的方案。3.提出LED密码算法的一种二阶门限掩码。基于LED密码算法结构,利用S盒分解的方法减少了掩码实现的计算量,并结合实现具体操过所需的资源对分解方案进行了筛选,最终提出LED密码算法的一种二阶门限掩码。实验结果证实该二阶门限掩码方案能够有效减少侧信息泄露、抵抗侧信道攻击。