针对AES算法的抗侧信道攻击方法研究

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随着信息技术的快速发展,人类已经全面进入信息化时代,信息安全与我们的生活息息相关。数据加密是对信息进行保护的一种常用方法,加密所使用的算法以及算法的具体实现方式决定了加密的可靠性。传统的对加密算法的破解主要使用的是数学方法,但随着AES、ECC等新型算法的出现,传统破解方法不再有效,取而代之的是一种叫做侧信道攻击(SCA)的方法。这种方法通过采集加密设备工作时泄漏的物理信息,结合相应的明文或密文数据实施攻击。这种攻击所需要的设备简单,实施方便,对现有的加密算法构成了极大的威胁。所以,在加密芯片的设计中,必须考虑对侧信道攻击的防御。  AES是当下最流行的对称加密算法,其在数学上被证明是安全的,但同样不能抵抗侧信道攻击,其中差分能量分析(DPA)、相关性能量分析(CPA)、差分电磁分析(DEMA)和相关性电磁分析(CEMA)等侧信道攻击方法都对AES造成极大威胁。掩码和隐藏是对抗侧信道攻击的两大类常用防御对策,本文针对这两种对策开展研究工作,并将随机掩码、固值掩码和随机插入伪周期、增加噪声这四种算法级防护在AES中进行了实现。  基于实验室自主开发的侧信道分析攻击平台,针对施加不同防护措施的AES加密电路进行了攻击验证,对攻击结果进行了分析比较,结果表明,增加防护措施以后,AES加密电路的抗攻击能力有了显著提升。为了方便对不同防护下AES的抗攻击能力进行量化,论文提出了一种抗CPA指数的计算方法。同时论文还给出了增加防护以后电路性能的下降情况,并综合防护能力的提升,对不同防护措施作出了评价,也对后人选择防护方法有一定的指导意义。  
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