通過SOC芯片實現(xiàn)加密算法是數(shù)據(jù)加密的一種重要方式,隨著SOC芯片在各個領域的廣泛應用,其安全性也是廣大學者關注的一個重要方面。針對SOC芯片實現(xiàn)的加密算法的攻擊方法有許多種,本文采用差分故障攻擊的方式對芯片進行分析,主動攻擊芯片的某些方面,使芯片產(chǎn)生錯誤運算,從而分析出關鍵信息,并針對各種故障攻擊方式介紹防御方案,并設計一種軟件防御方案和一種硬件防御方案。本文通過激光、電壓毛刺、時鐘毛刺的方式對SOC芯片注入故障,采用差分故障分析（Differential Fault Analysis,DFA）得出算法秘鑰,并根據(jù)差分故障攻擊的特點設計防御方式。首先,詳細剖析了DES算法的運算過程,并在DES算法實現(xiàn)過程的基礎上進行差分故障分析,詳細分析第15輪、第16輪攻擊和秘鑰恢復過程。接著,分別采用激光、電壓毛刺、時鐘毛刺的方式對SOC芯片運行的DES算法進行故障注入,獲取故障數(shù)據(jù),對足夠數(shù)量的故障數(shù)據(jù)進行分析篩選計算,得到加密過程中應用的算法秘鑰。最后,針對各種故障注入方式思考阻止故障注入和檢測故障注入的方案,實現(xiàn)一種基于隨機偽輪和逆運算的防御強度可控的時間冗余軟件防御方案,和另一種基于隨機... 

【文章來源】：遼寧大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光故障注入示意圖

第1章差分故障攻擊基本理論10（2）電壓毛刺故障注入電壓毛刺故障注入是控制芯片電壓引腳，在芯片工作的某一瞬間產(chǎn)生虧電的狀態(tài)，達到注入的目的。在芯片工作的某一瞬間，電源電壓降低或者升高到一定程度，低壓時確保掉電時芯片不被復位且立刻恢復正常電壓，由于掉電使電子傳輸速度減慢，使得安全芯片運算故障，產(chǎn)生錯誤輸出；高壓時確保芯片不被擊穿且立刻恢復正常電壓，由于高電壓使電子傳輸速度加快，使得安全芯片運算故障，如圖1-2所示的高壓毛刺示意圖。圖1-2電壓毛刺示意圖（3）時鐘毛刺故障注入時鐘毛刺故障注入是控制使用外部時鐘的安全芯片時鐘引腳，通過控制時鐘毛刺的產(chǎn)生，時鐘毛刺注入芯片的時鐘引腳，當芯片將時鐘毛刺當做一個時鐘周期時，由于毛刺的時鐘寬度比較短導致某次運算的建立時間不足，從而產(chǎn)生故障，使芯片產(chǎn)生錯誤運算，輸出錯誤結果，故障時鐘如圖1-3所示。圖1-3時鐘毛刺示意圖

第1章差分故障攻擊基本理論10（2）電壓毛刺故障注入電壓毛刺故障注入是控制芯片電壓引腳，在芯片工作的某一瞬間產(chǎn)生虧電的狀態(tài)，達到注入的目的。在芯片工作的某一瞬間，電源電壓降低或者升高到一定程度，低壓時確保掉電時芯片不被復位且立刻恢復正常電壓，由于掉電使電子傳輸速度減慢，使得安全芯片運算故障，產(chǎn)生錯誤輸出；高壓時確保芯片不被擊穿且立刻恢復正常電壓，由于高電壓使電子傳輸速度加快，使得安全芯片運算故障，如圖1-2所示的高壓毛刺示意圖。圖1-2電壓毛刺示意圖（3）時鐘毛刺故障注入時鐘毛刺故障注入是控制使用外部時鐘的安全芯片時鐘引腳，通過控制時鐘毛刺的產(chǎn)生，時鐘毛刺注入芯片的時鐘引腳，當芯片將時鐘毛刺當做一個時鐘周期時，由于毛刺的時鐘寬度比較短導致某次運算的建立時間不足，從而產(chǎn)生故障，使芯片產(chǎn)生錯誤運算，輸出錯誤結果，故障時鐘如圖1-3所示。圖1-3時鐘毛刺示意圖

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于冗余有限域算術的AES S盒高效故障檢測方案[J]. 戴強,戴紫彬,李偉.  電子學報. 2018(11)
[4]基于RSA算法的分析和研究[J]. 王方鑫.  電腦知識與技術. 2018(26)
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[6]近紅外激光故障注入系統(tǒng)在密碼芯片攻擊中的應用[J]. 劉輝志,趙東艷,張海峰,唐曉柯,胡曉波.  科學技術與工程. 2014(22)
[7]新型毛刺電壓檢測電路設計與實現(xiàn)[J]. 趙東艷,楊小坤,原義棟.  信息安全與通信保密. 2013(05)
[8]最新電壓毛刺（Power Glitch）攻擊與防御方法研究[J]. 段曉毅,李莉,武玉華,靳濟芳.  計算機科學. 2011(S1)
[9]DES算法DFA攻擊的差分差錯位置判別方法[J]. 王信敏,張濤.  計算機工程與應用. 2011(19)
[10]基于邏輯密鑰樹的組密鑰更新方案[J]. 武濤,鄭雪峰,穆翠霞,劉振華.  計算機工程. 2010(06)

碩士論文
[1]AES加密算法及其錯誤檢測的硬件實現(xiàn)[D]. 鄭婷婷.昆明理工大學 2009



本文編號：3503868