碩士論文-抗功耗分析攻擊邏輯的研究與實現(xiàn)

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1、分類號型窆!：嬰33112UDC工學碩士學位論文學號04060016密級公玨抗功耗分析攻擊邏輯的研究與實現(xiàn)碩士生姓名石偉學科專業(yè)計算機科學與技術研究方向計算機系統(tǒng)結構指導教師戴葵副教授國防科學技術大學研究生院二oo六年十一月國防科技大學研究生院學位論文摘要傳統(tǒng)的密碼分析主要是針對密碼算法自身的安全性進行攻擊。近年來，出現(xiàn)了～種新的密碼分析方法一旁路攻擊。當密碼模塊進行密碼運算時，密碼模塊的運算時間、功耗和電磁場等旁路信息與密碼模塊中密鑰有一定的相關性。旁路攻擊是對上述旁路信息進行分析從而獲得密碼

2、算法的密鑰的一種密碼分析技術。其中功耗分析攻擊是一種非常有效的旁路攻擊技術，它能夠通過對密碼模塊的功耗行為進行分析來獲取密鑰值。現(xiàn)在的集成電路一般采用靜態(tài)互補CMOS邏輯實現(xiàn)。靜態(tài)互補CMOS邏輯電路的功耗行為依賴于電路處理的數(shù)據(jù)，這種功耗與運算數(shù)據(jù)的相關性是旁路信息泄露的根本原因。旁路信息泄露對于普通的電路模塊沒有影響，但是對密碼模塊等安全應用產(chǎn)生了巨大的威脅。因此在設計密碼模塊時，需要采用各種防護技術使其具有抗功耗分析攻擊的能力。人們已經(jīng)從算法與硬件等角度提出了多種旁路攻擊防護技術?！N典型

3、的硬件防護技術是采用具有特殊結構的邏輯門來設計實現(xiàn)密碼模塊。這種防護技術主要是用抗功耗分析攻擊邏輯來設計實現(xiàn)密碼模塊，從而達到抗功耗分析攻擊的目的。本文對抗功耗分析攻擊邏輯進行了研究與實現(xiàn)。SABL與DDCVSL是兩種典型的抗功耗分析攻擊邏輯。本文首先在SMIC0．18ttm工藝下，采用一種全定制設計流程設計實現(xiàn)了兩種抗功耗分析攻擊標準單元庫，然后利用抗功耗分析攻擊標準單元庫設計實現(xiàn)了抗功耗分析攻擊的密碼模塊。但是由于傳統(tǒng)的半定制設計流程與抗功耗分析攻擊邏輯不兼容，必須對傳統(tǒng)的半定制設計流程進行

4、修改。本文給出了一種改進的半定制設計流程。一般情況下，認為SABL邏輯優(yōu)于DDCVSL邏輯。本文對這兩種邏輯進行了比較分析。本文主要對各種邏輯的功耗泄露的旁路信息量多少進行比較；同時，我們還考慮了邏輯的功耗、電路復雜性等參數(shù)。兩種邏輯的所有比較參數(shù)都是通過對邏輯單元的門級網(wǎng)表進行SPICE仿真得到的。比較結果表明，隨著制造工藝的發(fā)展，DDCVsL比SABL將更適合用于密碼模塊的設計實現(xiàn)?？傊疚牡闹饕康氖顷U述怎樣設計實現(xiàn)抗功耗分析攻擊的標準單元庫，并采用一種改進的半定制設計流程，設計實現(xiàn)了抗

5、功耗分析攻擊的密碼模塊；本文還通過對兩種抗功耗分析攻擊邏輯的比較，分析了制造工藝對抗功耗分析攻擊邏輯的影響。關鍵詞：旁路攻擊，功耗分析，動態(tài)雙軌邏輯，動態(tài)差分串聯(lián)電壓開關邏輯，靈敏放大器型邏輯，標準單元，設計流程，制造工藝第i頁國防科技大學研究生院學位論文ABSTRACTThetraditionalcryptanalysisisaimedatthesecurityofthecryptol蓼'aphicalgorithmitself．However,anewtechniquewhichiscall

6、edside．channelattackisintroducedrecently．Whilethesecretkeyinthecryptographiemoduleisprocessed．someside—channelinformationsuchaSthecomputationtime．thepowerconsumptionandtheelectromagneticemanationofacrypto蓼aphicmoduleleaksinformationaboutthesecretkey．

7、Theside-channelattackswillfindthesecretkeysbyanalyzingtheside—channelinformation．Power-anMysis@A)attackisoneofthemostpowerfulside-channelattacktechniquesagainstcryptographicmodules．Insucha11attack，thepowerconsumptionofacryptographicmoduleisanalyzedto

8、revealthesecretkeythatiSusedinsidethemodule．Today，thestaticcomplementaryCMOSlogicstyleiswidelyusedtobuildintegratedcircuits．111epowerconsumedbyCMOScircuitsdependsonthedatabeingprocessedbythecircuits．nlccorrelationbetweenpowerconsumptionandthedatabein