ecc標量乘法vlsi實現(xiàn)以與功耗的分析攻擊技術(shù)研究

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1、摘要摘要自從1985年Miller和Koblitz分別提出橢圓曲線密碼體制后,ECC密碼體制得到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。與RSA相比,ECC密碼體制有很多優(yōu)越性,比如,更高的單比特安全強度,更小的硬件資源耗費等。因此ECC也被認為是未來替代RSA的加密體制。功耗分析攻擊技術(shù)是最常用的旁信道攻擊技術(shù)之一,由于其便于實現(xiàn)并且攻擊效果比較好,功耗分析攻擊技術(shù)近幾年得到了飛速發(fā)展。功耗分析攻擊的基本原理是通過采集并分析加密設(shè)備工作過程中產(chǎn)生的功耗曲線,從而得到芯片內(nèi)部執(zhí)行加解密運算操作的密鑰和數(shù)據(jù),達到破解密碼算法的過程。本文

2、對ECC密碼算法有限域運算的集成電路優(yōu)化實現(xiàn)技術(shù),橢圓曲線上運算的集成電路實現(xiàn)技術(shù),和功耗分析攻擊與防護方法進行了研究。設(shè)計出了一款高速的有限域模逆運算單元,成功實現(xiàn)了ECC點乘運算模塊的VLSI設(shè)計,并用差分功耗分析攻擊對ECC點乘模塊進行了攻擊實驗。本文主要工作特色和創(chuàng)新點如下:1.硬件實現(xiàn)了所有的有限域運算模塊,其中,有限域的乘法運算采用了并行的Sunar-Ko?乘法器,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計出了一款高速的有限域模逆運算單元。233在二進制有限域GF(2)下,模逆運算只需要26個時鐘周期就可以完成。2.在橢圓曲線層的運

3、算上,采用了射影坐標下的Montgomery點乘算法來實現(xiàn)ECC的點乘運算。該算法無需進行預計算,并且將模逆運算的次數(shù)減少到1,因此采用Montgomery點乘算法能獲得比較快的速度。實驗中,利用有限狀態(tài)機進行數(shù)據(jù)流的控制和存儲器的反復利用。最終快速的實現(xiàn)了點乘運算單元并完成流片。3.構(gòu)建了一個功耗分析攻擊軟件仿真平臺。在該平臺上,利用多種EDA軟件和編程語言實現(xiàn)電路的功耗估計,并成功的運用差分功耗分析攻擊破譯了Montgomery點乘算法的密鑰值。實驗結(jié)果證明了kMontgomery點乘算法不能抗差分功耗分析攻擊,因

4、此,在實際應用中,需要結(jié)合一些防御措施以確保算法的安全性。本文的研究工作得到了國家自然科學基金資助項目(60606005)的支持。關(guān)鍵詞:橢圓曲線密碼算法差分功耗分析攻擊超大規(guī)模集成電路有限域IAbstractAbstractTheuseofellipticcurveincryptographywasfirstproposedbyMillerandKoblitzin1985respectively.Sincethattime,alotofattentionshavebeenpaidtoellipticcurvesfor

5、cryptographicapplications.ComparedwithothercommonlyusedpublickeycryptosystemssuchasRSA,Ellipticcurvecryptography(ECC)hasalotofbenefits,suchasthehighestsecurityperbitofanyknownpublickeycryptosystem,hardwareimplementationswithfewerresources,andsoon.Thus,lotsofrese

6、archersbelievethatECCwillreplaceRSAinthefuture.Asoneofthemostcommonlyusedside-channelattacks,poweranalysisattackcanrecoverthesecretkeysandusefulinformationinthesecurechipbyanalyzingtheinputandoutputdatacombingwiththepowerconsumptioncurvesduringthecipherprocessin

7、g.Poweranalysisattackhasbeenrapidlydevelopedinrecentyears,becauseitisefficientandeasytoimplement.Inthisthesis,VLSIdesignoptimizationonfinitefield,VLSIimplementationofellipticcurvescalarmultiplication,andpoweranalysisandcountermeasuresonECCcipherarestudied.Wedesi

8、gnedahigh-speedmultiplicativeinverterinfinite233fieldGF(2),implementedtheellipticcurvescalarmultiplicationsuccessfully,andattackedtheellipticcurvescalarmultiplication

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