計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛，信息技術(shù)以井噴式?jīng)_擊力改變了人類的生活方式和思維模式。作為信息安全的載體，密碼芯片的安全性越來越受到人們的重視。近年來，出現(xiàn)了功耗分析攻擊方法，由于其便于實(shí)現(xiàn)并且攻擊效果好，成為了具有開創(chuàng)性意義的密碼算法攻擊技術(shù)，對(duì)密碼系統(tǒng)的安全提出了重大挑戰(zhàn)。 本文圍繞對(duì)稱密碼算法抗功耗分析攻擊防御措施展開，對(duì)動(dòng)態(tài)功耗分析攻擊防御措施和靜態(tài)功耗分析攻擊防御措施進(jìn)行了研究，提出了一系列的抗功耗分析攻擊防御技術(shù)。在本文的研究過程中，主要取得了以下研究成果： 1、研究了典型對(duì)稱密碼算法S盒的硬件實(shí)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上定量地評(píng)估了典型對(duì)稱密碼算法S盒功耗泄漏程度。AES算法S盒和SM4算法S盒均采用復(fù)合域求逆的方法，將有限域GF(28)域上的元素求逆運(yùn)算降階到GF(24)域上的乘法運(yùn)算、平方運(yùn)算、求逆運(yùn)算和乘常數(shù)運(yùn)算。采用有限域一級(jí)降階的方法，可以顯著地減小S盒的面積。本文定量地評(píng)估了DES算法、AES算法和SM4算法的S盒功耗泄漏程度。實(shí)驗(yàn)表明，三種算法的S盒靜態(tài)功耗泄漏程度明顯大于動(dòng)態(tài)功耗的泄漏程度，而且AES算法S盒的功耗泄漏比DES算法和SM4算法的S盒功耗泄漏要嚴(yán)重的多。 2、...

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
目錄
圖錄
表錄
縮略語表
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 信息安全與密碼芯片
        1.1.2 密碼芯片面臨的挑戰(zhàn)
        1.1.3 旁路攻擊技術(shù)
    1.2 研究意義
    1.3 研究現(xiàn)狀
        1.3.1 掩碼型防御措施
        1.3.2 隱藏型防御措施
        1.3.3 現(xiàn)有防御措施的不足
    1.4 研究內(nèi)容
    1.5 論文組織
第二章 功耗分析攻擊理論基礎(chǔ)
    2.1 引言
    2.2 功耗分析攻擊物理基礎(chǔ)
        2.2.1 靜態(tài)能量消耗
        2.2.2 動(dòng)態(tài)能量消耗
        2.2.3 功耗與數(shù)據(jù)的相關(guān)性
    2.3 典型的功耗分析模型
        2.3.1 漢明距離模型
        2.3.2 漢明重量模型
        2.3.3 功耗分析模型的選擇
    2.4 動(dòng)態(tài)功耗分析攻擊技術(shù)
        2.4.1 簡單功耗分析攻擊
        2.4.2 差分功耗分析攻擊
        2.4.3 相關(guān)功耗分析攻擊
    2.5 靜態(tài)功耗分析攻擊技術(shù)
    2.6 抗功耗分析攻擊量化評(píng)估方法
        2.6.1 基于相關(guān)系數(shù)的量化評(píng)估
        2.6.2 防御能力量化評(píng)估模型
        2.6.3 功耗量化仿真平臺(tái)
        2.6.4 FPGA 功耗分析攻擊平臺(tái)
    2.7 本章小結(jié)
第三章 典型對(duì)稱密碼算法 S 盒硬件實(shí)現(xiàn)與功耗相關(guān)性分析
    3.1 引言
    3.2 DES 算法 S 盒硬件實(shí)現(xiàn)與功耗相關(guān)性分析
        3.2.1 基于查找表的 S 盒硬件實(shí)現(xiàn)
        3.2.2 DES 算法 S 盒功耗相關(guān)性評(píng)估實(shí)驗(yàn)
    3.3 AES 算法 S 盒硬件實(shí)現(xiàn)與功耗相關(guān)性分析
        3.3.1 基于復(fù)合域運(yùn)算 S 盒構(gòu)造算法
        3.3.2 基于復(fù)合域運(yùn)算 S 盒電路設(shè)計(jì)優(yōu)化
        3.3.3 AES 算法 S 盒功耗相關(guān)性評(píng)估實(shí)驗(yàn)
    3.4 SM4 算法 S 盒硬件實(shí)現(xiàn)與功耗相關(guān)性分析
        3.4.1 基于復(fù)合域運(yùn)算 S 盒構(gòu)造算法
        3.4.2 基于復(fù)合域運(yùn)算 S 盒電路設(shè)計(jì)優(yōu)化
        3.4.3 SM4 算法 S 盒功耗相關(guān)性評(píng)估實(shí)驗(yàn)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于掩碼技術(shù)的動(dòng)態(tài)功耗分析攻擊防御措施
    4.1 引言
    4.2 隨機(jī)掩碼技術(shù)概述
        4.2.1 對(duì)稱密碼算法循環(huán)迭代硬件實(shí)現(xiàn)方式
        4.2.2 循環(huán)迭代結(jié)構(gòu)的隨機(jī)掩碼技術(shù)
    4.3 基于隨機(jī)定位策略的 DES 改進(jìn)型掩碼技術(shù)
        4.3.1 隨機(jī)定位策略理論分析
        4.3.2 隨機(jī)定位策略硬件實(shí)現(xiàn)
        4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    4.4 有限域逆運(yùn)算掩碼算法
        4.4.1 有限域逆運(yùn)算一階掩碼構(gòu)造算法
        4.4.2 有限域逆運(yùn)算二階掩碼構(gòu)造算法
    4.5 基于復(fù)合域掩碼的 AES 掩碼技術(shù)
        4.5.1 AES 加解密電路二階掩碼設(shè)計(jì)
        4.5.2 AES 密鑰擴(kuò)展電路一階掩碼設(shè)計(jì)
        4.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    4.6 基于復(fù)合域掩碼的 SM4 掩碼技術(shù)
        4.6.1 SM4 加解密電路二階掩碼設(shè)計(jì)
        4.6.2 SM4 密鑰擴(kuò)展電路一階掩碼設(shè)計(jì)
        4.6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    4.7 本章小結(jié)
第五章 基于功耗均衡的動(dòng)態(tài)功耗分析攻擊防御措施
    5.1 引言
    5.2 互補(bǔ)型電路算法級(jí)實(shí)現(xiàn)理論分析
        5.2.1 雙軌預(yù)充電邏輯
        5.2.2 波動(dòng)動(dòng)態(tài)差分邏輯
        5.2.3 互補(bǔ)型電路算法級(jí)別構(gòu)造方法
    5.3 AES 算法互補(bǔ)型電路算法級(jí)別實(shí)現(xiàn)
        5.3.1 AES 互補(bǔ)算法設(shè)計(jì)
        5.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 靜態(tài)功耗分析攻擊防御措施
    6.1 引言
    6.2 靜態(tài)功耗與數(shù)據(jù)漢明重量的相關(guān)性
    6.3 互補(bǔ)型電路抵御靜態(tài)功耗分析攻擊
    6.4 隨機(jī)震蕩環(huán)抵御靜態(tài)功耗分析攻擊
    6.5 掩碼技術(shù)抵御靜態(tài)功耗分析攻擊
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本文總結(jié)
    7.2 后續(xù)展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文
附件



本文編號(hào)：3800150