SMS4密码算法抗功耗分析攻击的VLSI设计与防御策略
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更新于2024-08-01
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"抗功耗分析攻击的SMS4密码算法VLSI设计技术研究.pdf"
本文深入探讨了在VLSI(Very Large Scale Integration)设计中如何应对功耗分析攻击的挑战,特别是在SMS4密码算法的应用场景下。SMS4是我国首个商用密码算法,它在WAPI(无线局域网鉴别与保密基础结构)标准中扮演关键角色,保障无线网络数据的安全。然而,随着功耗分析攻击技术的发展,SMS4算法的脆弱性逐渐显现,对此类攻击的防御成为亟待解决的问题。
功耗分析攻击是一种非侵入式的侧信道攻击,它利用密码硬件在执行过程中产生的功耗差异,结合输入和输出数据,来推测并最终恢复出电路内部的秘密密钥。由于这种攻击手段实施简单且效果显著,已经引起了广泛的关注。
在本研究中,作者对SMS4算法进行了多方面的VLSI优化设计,旨在增强其抗功耗分析的能力。首先,对比了几种不同的S盒(S-Box)电路架构,如基于合成域运算和Twisted BD D架构的实现。实验结果显示,合成域运算的S盒电路在面积效率上最优,而Twisted BD D架构的S盒电路则在速度方面占优。作者还提出了一种基于合成域运算的紧凑型面积优化设计,将GF((2^2)^2)上的S盒构造与GF(2^8)上的乘法逆运算相结合,以逻辑与和异或操作简化电路实现。
其次,论文详细介绍了在Twisted BD D架构上优化SM4算法的方法,通过调整参数,实现了一种快速的基于Twisted BD D的SM4算法电路。
此外,作者构建了一个功耗分析攻击的软件仿真平台,提供灵活的仿真策略和流程,以适应不同密码算法、电路规模和仿真时间的需求,实现资源消耗和仿真精度之间的平衡。
在安全分析部分,论文首次提出了针对SMS4算法的差分功耗分析(DPA)攻击方法,利用线性变换L的特点,成功地展示了DPA攻击的有效性。进一步,作者还开发了相关功耗分析(CPA)攻击方法,这种方法可以提供比DPA更优的攻击效果,增加了对SMS4算法的威胁。
这篇博士学位论文详尽地研究了SMS4密码算法的VLSI设计,对抗功耗分析攻击的策略,以及相关的软件仿真和攻击方法,为未来密码硬件的安全设计提供了宝贵的理论和技术支持。
2023-03-29 上传
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