抗高階DPA攻擊的AES方案研究與高效實(shí)現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)實(shí)世界中密碼算法實(shí)現(xiàn)受到各種各樣的側(cè)信道攻擊(Side-Channel Attacks，SCAs)，包括差分能量分析(Differential Power Analysis，DPA)攻擊。掩碼是一個(gè)廣泛應(yīng)用的保護(hù)高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（Advanced Encryption Standard，AES）等分組密碼不受DPA攻擊的方案措施。相關(guān)的原理是將算法操作的每一個(gè)中間變量分為多個(gè)份額并分別處理這些份額。高階DPA攻擊利用了多個(gè)中間變量的聯(lián)合泄

2、漏，并能夠攻擊低階的掩碼方案，在這里“階”的意思是指同一時(shí)間被探測(cè)的中間變量的個(gè)數(shù)。隨著階數(shù)的增加，執(zhí)行高階DPA攻擊的復(fù)雜性呈指數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)。這意味著，我可以使用一個(gè)特定的d階掩碼方案去抵抗實(shí)踐中的高階DPA攻擊。然而，任何高階掩碼方案的難點(diǎn)在于如何高效的掩蓋非線性轉(zhuǎn)換S盒。文獻(xiàn)中存在兩種解決該問(wèn)題的基本方法，也就是說(shuō)，基于ISW的技術(shù)和查找表重計(jì)算方法。在CHES2010，Rivain和Prouff(RP)提出了一個(gè)屬于第一個(gè)分類的可

3、證安全的通用d階AES掩碼方案。盡管最初的RP方案包含一個(gè)由于掩碼刷新過(guò)程引入的缺陷，它仍然促生了對(duì)任意S盒的高階掩碼方案的設(shè)計(jì)。除此之外，以所需的安全非線性的安全域乘法的數(shù)目衡量，RP方案仍然是AES最高效的高階掩碼方案。
　　為了方便AES的高階掩碼方案在實(shí)踐中部署，我們?cè)诮鉀Q了RP方案中缺陷的基礎(chǔ)上使用ARM NEON指令集開(kāi)發(fā)了一個(gè)高效的RP方案的實(shí)現(xiàn)。在經(jīng)過(guò)了詳盡的復(fù)雜性分析之后，我們總結(jié)出域乘法和隨機(jī)數(shù)生成是RP方案中

4、對(duì)性能至關(guān)重要的組成部分;在每個(gè)敏感變量有n個(gè)分享的情況下，RP方案需要O(n2)個(gè)域乘法和隨機(jī)數(shù)生成。得益于NEON指令集的豐富性，我們分別只需要15個(gè)指令去實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)部分。我們對(duì)不同實(shí)現(xiàn)的模擬表明我們?cè)趯?shí)現(xiàn)中集成DPA防范措施（基于RP的掩碼方案）導(dǎo)致的性能損失明顯的低于先前的工作。例如，我們的二階DPA防范措施（每個(gè)敏感變量有三個(gè)分享）只比不包含DPA防范措施但是抵抗緩存-時(shí)間攻擊的基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)慢9倍。這些模擬同時(shí)表明我們的高效實(shí)現(xiàn)足