随机掩码保护的AES硬件抗DPA攻击实现

"该资源是一篇关于基于随机掩码的AES算法抗差分功率分析（DPA）攻击硬件实现的工学硕士学位论文。作者刘海清在导师陆洪毅副教授指导下，探讨了如何通过随机掩码技术增强AES算法的安全性，以抵御日益严重的功耗攻击威胁。" 在现代密码学中，高级加密标准（AES）因其高效性和安全性成为主流的数据加密标准，替代了原有的DES。然而，随着技术的发展，攻击者开始利用AES实施过程中的物理特性，如芯片功耗差异，进行差分功率分析攻击（DPA），这使得AES的安全性面临挑战。DPA攻击是一种侧信道攻击，通过分析加密设备在执行特定操作时的功耗变化来推断出密钥信息。 论文首先深入剖析了功耗攻击的原理，这是理解并设计抗DPA攻击策略的关键。作者探讨了AES算法在遭受此类攻击时的弱点，并在此基础上提出了改进措施。 其次，论文提出了一种AES的有效实现方法，特别是对AES中非线性变换SubBytes进行了优化。通过将GF(2^8)上的逆变换转移到GF(2^4)和GF(2^2)上，减少了硬件实现的复杂度，为后续的随机掩码防护技术奠定了基础。 核心贡献在于，作者提出了一种基于随机掩码的AES抗DPA攻击防护技术。这一方案通过在GF(2^4)和GF(2^2)上进行掩码运算，实现了AES算法的掩码防护，确保所有中间计算结果都被掩盖，从而抵御DPA攻击。 最后，论文给出了实际的硬件实现，包括带有掩码防护的MaskedAES协处理器和未加掩码防护的UnmaskedAES协处理器。虽然MaskedAES在芯片面积、最大频率和吞吐率等方面存在一定的性能牺牲，但其显著提升了安全性能，能够有效防止DPA攻击。 关键词：AES，随机掩码，差分功率分析（DPA），功耗攻击，硬件实现，安全性能