椭圆曲线密码抗功耗攻击：动态补偿策略与硬件实现

"该文档研究了基于动态补偿的椭圆曲线密码(ECC)的低成本抗功耗攻击策略及其硬件结构。文档关注于ECC在公钥密码体制中的应用，特别是其在面临侧信道攻击，尤其是相关功耗分析(CPA)时的安全性问题。文章指出，现有的防护策略在复杂度、成本和效率方面存在挑战，并提出了一种新的方法，通过分析ECC点乘操作中中间数据的汉明距离概率分布特性，旨在减少密钥信息在功耗中的泄露，降低攻击者成功推测密钥的可能性。" 在公钥密码学中，椭圆曲线密码体制（ECC）因其高效性和安全性逐渐成为重要的加密技术，替代了传统的RSA算法。然而，随着密码应用的普及，ECC在硬件上的实现容易受到侧信道攻击的威胁，如时间攻击、能量攻击和电磁攻击。其中，相关功耗分析（CPA）是一种常见的能量攻击手段，利用操作过程中功耗变化与中间数据的关联来破解密钥，这使得保护ECC硬件电路的安全变得至关重要。 目前，针对硬件电路的安全防护策略分为电路级、行为级和系统级。电路级防护涉及元器件级或门级改进，如Secure Double Rate Registers (SDRRs)、Inductive Voltage Regulators (IVRs) 和 Low-DropOut Regulators (LDOs)，但它们通常实施难度大且成本高昂。行为级防护策略，如Coron提出的随机化基点、私钥和射影坐标的防御方法，虽然在ECC电路中得到广泛应用，但会增加计算时间和硬件资源，且需要额外的随机源。系统级防护，如可重构体系结构调度，虽有效但设计复杂，可能影响吞吐量和面积效率。 针对现有方法的不足，该研究深入探讨了ECC点乘运算中中间数据的汉明距离，这是评估数据差异性的关键指标。论文提出将降低功耗泄露的密钥信息量问题转化为减少正确和错误密钥对应中间数据汉明距离概率分布差异的问题。这种方法有望提供一种更经济、更有效的抗功耗攻击策略，减少攻击者通过功耗分析推测密钥的成功率。 通过这种方式，该研究旨在设计一个既能保证ECC算法安全，又能降低硬件成本的解决方案，为未来ECC硬件实现提供新的思路和理论支持。这种基于概率分布差异的动态补偿策略，可能为构建更加安全、经济的ECC密码系统打开新的途径。