椭圆曲线密码ML算法电路实现的功耗攻击

针对有限域GF(2'163)上椭圆曲线密码(ECC)的ML算法电路.实现了一种简单有效的差分功耗分析(DPA)方法.该方法结合单密钥多数据攻击,按密钥比特对功耗轨迹分段差分运算.基于功耗仿真的实验结果表明:仅对单条功耗曲线进行差分分析就能够以极短的时间恢复出密钥比特,从而证明ECC的ML算法实现只具备抗时间攻击和抗简单功耗分析攻击效果,却不能对抗DPA攻击.     

LED分组密码内部模板攻击改进研究

为了降低现有内部模板攻击的数据复杂度并提高攻击成功率,提出了一种内部模板攻击改进算法.对内部模板攻击算法进行了两点改进:一是在模板匹配分析阶段,提出了一种基于等级相关性的模板匹配策略,利用功耗曲线电压值的相对排名,提高了单个密钥片段恢复的局部成功率;二是在密钥恢复阶段,提出了一种基于校验方程的密钥恢复方法,利用冗余信息来修正猜测多个密钥片段的概率分布,提高了多密钥片段恢复的全局成功率.以8位微控制器上的LED(轻型加密设备)密码功耗旁路分析为例,开展了攻击验证实验.结果表明:改进后的算法提高了匹配的区分度,降低了攻击所需功耗曲线数量,仅需要50条功耗曲线即可使攻击的全局成功概率接近100%.     

基于原子防护的SM2算法实现及简单功耗分析

SM2算法是中国商用椭圆曲线公钥密码标准算法。SM2算法实现过程中如不加防护措施,攻击者利用简单功耗分析(simple power analysis, SPA)即可破解私钥。为有效防御SPA攻击,提高算法性能,以安全芯片为基础,针对椭圆曲线标量乘运算采用优化的原子防护方法,软硬件实现了SM2算法。同时搭建安全评估环境,进行安全分析实验。结果表明,原子块内功耗波形变化规律基本一致,但原子块间局部功耗波形随着标量乘系数比特值不同而存在明显差异,从而导致私钥泄露,成为信息安全隐患。针对泄露位置进行原因分析,提出了改进的实现策略。实验结果表明所提出的策略可有效抵御SPA攻击。     

循环掩码型AES密码芯片的相关性功耗攻击

针对循环掩码型AES密码芯片,提出了一种相关性功耗攻击方法.首先利用方差分析找出明文盲化和S盒计算的时间点,然后通过比较盲化后的字节的汉明权重和实际测量功耗值的相关系数恢复掩码,最后针对S盒输入和输出的汉明距离进行相关能量分析.随机选取公开数据集DPA Contest V4提供的1×104条样本曲线进行实验,结果表明该方法仅需要45条曲线即可正确恢复密钥.     

LBlock分组密码代数旁路攻击

对轻型分组密码LBlock抗代数旁路攻击安全性进行了评估.给出了LBlock密码算法的代数方程表示方法,使用示波器采集微控制器ATMEGA324P上的LBlock实现功耗泄露,利用泊松相关系数方法推断加密中间状态汉明重,基于可满足性问题并转化为代数方程组,同LBlock密码算法代数方程联立,最后使用CryptoMinisat解析器进行方程组求解,成功恢复加密密钥.实验结果表明:微控制器上的LBlock实现易遭受代数旁路攻击,仅需一条功耗曲线,已知明密文下的3轮汉明重泄露、未知明密文条件下6轮汉明重泄露分别经2.4s和0.4s分析即可恢复80 bic完整密钥.     

运用频域辅助分析的AES算法相关功耗攻击

在多数功耗分析攻击中,密码设备总功耗并不完全与敏感信息相关.针对这一问题,提出一种借助频域辅助分析提高AES算法的相关功耗攻击效率的方法.该方法首先执行相关功耗频域分析(Correlation Power Frequency Analysis,CPFA),其结果被用来计算有效功耗信息频带,继而确定合适的滤波器截止频率,以最大限度地去除与敏感信息不相关的噪声.通过在STC90C58AD微控制器上,采集相同密钥随机明文的AES算法功耗曲线,对比使用原始、低通滤波后和高通滤波后的功耗曲线执行相关功耗分析攻击的效率.实验结果显示,使用低通滤波后的功耗曲线所执行的攻击效率最高,验证了新方法的有效性.     

基于OpenSSL引擎机制的椭圆曲线数字签名方案研究（英文）

基于椭圆曲线公钥密码体制的数字签名机制与基于传统离散对数问题的数字签名机制相比,具有安全性高、密钥长度短、计算量小等优点．基于上述优点和安全性,国家密码管理局提出了SM2椭圆曲线算法和SM3算法,并在国内得到了广泛应用．但国际主流开源软件不支持国内SM2数字证书的生成、签名、验证等操作．免费的SM2数字证书难以验证和区分其真实性．针对上述问题,提出了一种基于OpenSSL引擎机制的椭圆曲线数字签名方案,实现了SM2椭圆曲线数字签名检查算法以及SM3算法,并通过OpenSSL引擎机制将其集成到开源软件OpenSSL中．最后,实现了SM2数字证书的制作、签名和校验功能．     

用于高速网络安全协处理器的抗功耗攻击AES算法引擎设计

为提高密码算法芯片抵抗侧信道攻击,尤其是功耗攻击技术的能力,针对一款用于高速网络安全协处理器中的AES(高级加密标准)算法引擎,采用了软件级数据掩模方法进行了抗功耗攻击的电路设计。该设计中的AES算法引擎的原始模块是一种加解密共用S-box的结构,采用2种完全不同的方法实现了抗功耗攻击电路:一种采用SRAM(static random access memory)方式来实现数据掩盖,另一种基于硬件复制方式。通过产生随机功耗或虚假功耗以掩盖实际功耗与加解密数据运算之间的关系。使用功耗仿真软件PrimePower进行仿真的结果表明,未加保护的电路在1 000条功耗曲线内就可以被攻破,采用了本设计的电路可以抵抗10 000条以上的功耗曲线,可见AES算法引擎的安全性有显著的提高。经FPGA(field programmable gate array)验证,证明本文提出的2种设计均是可行的。     

改进的SM4算法的选择明文DPA攻击

侧信道攻击,特别是差分功耗分析(differential power analysis,DPA)是对芯片中运行的分组密码算法进行安全性分析的主要手段之一。该文主要研究针对硬件实现的SM4算法的DPA攻击。合理地对明文进行选择,可以使SM4线性变换层有变化的输入比特尽可能少地影响输出比特,从而对硬件实现的SM4算法进行有效的侧信道攻击。通过分析线性变换层的比特关系,该文发现了选择明文模型下8个比特依赖关系。在此基础上,将这些比特依赖关系结合已有的比特关系,建立分析模型、更充分地利用轮输出的比特信息,对现有的SM4选择明文DPA攻击进行了改进。实验结果表明:该方法能有效提高SM4算法选择明文DPA攻击的成功率。     

融合特征约束模型的纳西-汉语双语词语对齐算法

针对纳西语、汉语因句法结构差异较大而导致双语词语自动对齐较为困难的问题,提出一种融合特征约束模型的纳西-汉语双语词语对齐算法.首先在语料中统计纳西-汉语词语区间扭曲和位置转换特性,并由此建立2个双语词语对齐的特征约束模型;然后将提出的特征约束模型融入词语对齐的对数线性模型框架,并结合最小错误率算法训练模型参数;最终搜索出最佳的词语对齐结果.实验以IBM Model3为词语对齐比较模型,结果表明,该双语词语对齐算法可以使纳西-汉语词语的对齐准确率提升21.9%.