本文關(guān)鍵詞：分組密碼芯片抗功耗攻擊設(shè)計(jì)技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：功耗攻擊通過測(cè)量及分析密碼設(shè)備運(yùn)行過程中處理數(shù)據(jù)與功耗之間的相關(guān)性來獲取密鑰信息,給軍用密碼芯片的安全性造成了極大的威脅,抗功耗攻擊設(shè)計(jì)已經(jīng)成為密碼芯片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文針對(duì)目前密碼芯片抗功耗攻擊設(shè)計(jì)技術(shù)存在的安全強(qiáng)度低、資源占用率高、功耗消耗高以及普適性差等缺點(diǎn),結(jié)合分組密碼算法的特點(diǎn),以安全性、高效性以及靈活性為出發(fā)點(diǎn),從功耗維度展開對(duì)分組密碼芯片在電路級(jí)、算法級(jí)和系統(tǒng)級(jí)三個(gè)層次上的抗功耗攻擊設(shè)計(jì)技術(shù)研究,從安全性維度展開對(duì)分組密碼芯片抗功耗攻擊能力的量化評(píng)估,構(gòu)建一種安全強(qiáng)度可配置的抗功耗攻擊分組密碼芯片。電路級(jí)設(shè)計(jì)層次上,在分析和評(píng)估雙軌電路主要功耗泄露的基礎(chǔ)上,結(jié)合安全強(qiáng)度高的設(shè)計(jì)要求,提出了一種基于雙軌預(yù)充電邏輯的功耗恒定單元。針對(duì)傳統(tǒng)雙軌邏輯電路的安全性漏洞,構(gòu)建了一種新型的LUT電路,并與掩碼技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建了MLBDL電路,用于設(shè)計(jì)和替換S盒等關(guān)鍵密碼模塊。Hspice仿真實(shí)驗(yàn)表明該功耗恒定單元能完全消除功耗與數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性,能夠保證密碼算法功能模塊的安全性和可靠性。算法級(jí)設(shè)計(jì)層次上,在分析有限域擴(kuò)張理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合資源占用率小和功耗消耗低的設(shè)計(jì)要求,提出了一種基于復(fù)合域掩碼的功耗隨機(jī)化設(shè)計(jì)方案。針對(duì)復(fù)合域掩碼字節(jié)求逆運(yùn)算存在計(jì)算復(fù)雜度高、關(guān)鍵路徑延時(shí)大的問題,采用關(guān)鍵單元復(fù)用思想,提出了一種改進(jìn)型的復(fù)合域掩碼字節(jié)求逆算法,設(shè)計(jì)了硬件電路實(shí)現(xiàn)方案,并研究了基于復(fù)合域掩碼字節(jié)求逆變換的掩碼AES設(shè)計(jì),包括數(shù)據(jù)路徑設(shè)計(jì)和控制時(shí)序設(shè)計(jì)。最后通過仿真和實(shí)測(cè)驗(yàn)證了掩碼AES的安全性,評(píng)估了復(fù)合域掩碼的功耗隨機(jī)化效果。系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)層次上,在分析功耗實(shí)測(cè)平臺(tái)架構(gòu)的基礎(chǔ)上,結(jié)合普適性高的設(shè)計(jì)要求,提出了一種基于電流補(bǔ)償電路的系統(tǒng)級(jí)功耗恒定模塊。該電路單元由動(dòng)態(tài)電流檢測(cè)模塊、高線性I→V模塊和高線性轉(zhuǎn)換V→I模塊三個(gè)基本部分組成,實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)復(fù)制密碼算法IP核電流變化的功能。最后通過UltraSim仿真評(píng)估了該功耗恒定模塊的抗功耗攻擊效果,分析了其面積消耗。安全性量化評(píng)估維度上,在分析信息論和功耗攻擊之間相互聯(lián)系的基礎(chǔ)上,采用信息熵和互信息理論提出了一種密碼芯片抗功耗攻擊量化評(píng)估方案。該方案從功耗攻擊過程出發(fā),以信息熵為功耗信息“不確定性”的量化評(píng)估指標(biāo),以互信息為功耗信息統(tǒng)計(jì)分析過程中有關(guān)密鑰信息“不確定性”縮減量的量化評(píng)估指標(biāo),利用正確密鑰信息熵的綱量,構(gòu)建關(guān)于互信息的安全性量化數(shù)值,當(dāng)猜測(cè)密鑰的互信息大于該安全數(shù)值時(shí),可以認(rèn)為該猜測(cè)密鑰為正確猜測(cè)密鑰。最后,以DPA攻擊為例,利用上述量化評(píng)估方案,對(duì)比量化評(píng)估了DES密碼芯片和AES密碼芯片的抗功耗攻擊能力。
【關(guān)鍵詞】：抗功耗攻擊技術(shù) 雙軌預(yù)充電邏輯 復(fù)合域掩碼 電流補(bǔ)償電路 信息熵 互信息
【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN918.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 研究背景13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 課題研究?jī)?nèi)容及本文創(chuàng)新點(diǎn)16-18
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.3.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)17-18
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)18-19
• 第二章 功耗攻擊技術(shù)和抗功耗攻擊技術(shù)對(duì)比分析19-31
• 2.1 功耗攻擊的基本原理19-20
• 2.1.1 功耗信息泄露機(jī)理19-20
• 2.1.2 電磁信息泄露機(jī)理20
• 2.2 功耗攻擊基本步驟20-23
• 2.3 抗功耗攻擊技術(shù)分析23-28
• 2.3.1 電路級(jí)防護(hù)技術(shù)分析23-26
• 2.3.2 算法級(jí)防護(hù)技術(shù)分析26-27
• 2.3.3 系統(tǒng)級(jí)防護(hù)技術(shù)分析27-28
• 2.4 分組密碼算法抗功耗攻擊方案設(shè)計(jì)28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 基于雙軌預(yù)充電邏輯的功耗恒定單元設(shè)計(jì)31-45
• 3.1 雙軌電路主要功耗泄露類型研究31
• 3.2 雙軌邏輯電路的安全性評(píng)估31-38
• 3.2.1 WDDL電路的安全性評(píng)估31-33
• 3.2.2 MDPL電路的安全性評(píng)估33-37
• 3.2.3 LBDL電路的安全性評(píng)估37-38
• 3.3 MLBDL電路設(shè)計(jì)38-41
• 3.3.1 改進(jìn)的LUT邏輯單元38-40
• 3.3.2 基于改進(jìn)的LUT邏輯單元的MLBDL電路設(shè)計(jì)40-41
• 3.4 MLBDL電路的安全性分析與評(píng)估41-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于復(fù)合域掩碼的功耗隨機(jī)化設(shè)計(jì)45-61
• 4.1 有限域擴(kuò)張理論分析45-46
• 4.2 復(fù)合域掩碼字節(jié)求逆變換設(shè)計(jì)46-53
• 4.2.1 Oswald字節(jié)求逆運(yùn)算47-48
• 4.2.2 改進(jìn)的復(fù)合域掩碼字節(jié)求逆算法48-49
• 4.2.3 改進(jìn)的復(fù)合域掩碼字節(jié)求逆算法的硬件電路實(shí)現(xiàn)方案49-53
• 4.3 掩碼AES密碼電路設(shè)計(jì)53-55
• 4.3.1 掩碼AES加密數(shù)據(jù)路徑設(shè)計(jì)53-54
• 4.3.2 掩碼AES加密控制時(shí)序設(shè)計(jì)54-55
• 4.4 掩碼AES設(shè)計(jì)的抗功耗攻擊驗(yàn)證55-60
• 4.4.1 仿真驗(yàn)證55-58
• 4.4.2 實(shí)測(cè)驗(yàn)證58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 基于電流補(bǔ)償電路的功耗恒定模塊設(shè)計(jì)61-74
• 5.1 系統(tǒng)級(jí)功耗恒定模塊架構(gòu)設(shè)計(jì)61-62
• 5.2 電流補(bǔ)償電路架構(gòu)設(shè)計(jì)62-63
• 5.3 電流補(bǔ)償電路關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)63-69
• 5.3.1 動(dòng)態(tài)電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)63-65
• 5.3.2 線性轉(zhuǎn)換I→V電路設(shè)計(jì)65-66
• 5.3.3 線性轉(zhuǎn)換V→I電路設(shè)計(jì)66-68
• 5.3.4 電流補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)68-69
• 5.4 電流補(bǔ)償電路抗功耗攻擊驗(yàn)證69-73
• 5.4.1 電流補(bǔ)償電路的抗功耗攻擊效果評(píng)估70-72
• 5.4.2 電流補(bǔ)償電路的面積消耗評(píng)估72-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 第六章 密碼芯片抗功耗攻擊能力的量化評(píng)估74-83
• 6.1 功耗泄露信息量化評(píng)估技術(shù)74-77
• 6.1.1 功耗泄露信息量化評(píng)估方法74-75
• 6.1.2 功耗泄露信息量化評(píng)估指標(biāo)75-77
• 6.2 密碼芯片抗功耗攻擊量化評(píng)估方案設(shè)計(jì)77-78
• 6.3 分組密碼芯片抗DPA攻擊量化評(píng)估過程78-82
• 6.4 本章小結(jié)82-83
• 第七章 總結(jié)與展望83-85
• 7.1 總結(jié)83-84
• 7.2 展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-91
• 作者簡(jiǎn)歷91

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本文編號(hào)：310689