基于主成分分析的aes算法相關功耗分析攻擊

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1、分類號：TN918.1UDC：D10621-308-(2016)0273-0密級：公開編號：3130602001成都信息工程大學碩士學位論文基于主成分分析的AES算法相關功耗分析攻擊蔡琛姓名學號3130602001學院計算機學院學位類型□學術型?專業(yè)學位學習形式?全日制□非全日制學科/領域計算機技術研究方向信息安全陳運教授校內導師校外成都信息工程大學碩壬學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文《基于主成分分析的ＡＥＳ算法相關功耗分析攻擊》，，是本人在指導教師陳運指導下進行研究工作所取得的成果。除論、文中已標明的引用內容之外，本論文的科研成果不包含任何其他人創(chuàng)作的己經(jīng)

2、公開發(fā)布或者沒有公開發(fā)表的內容。對本論文所涉及的研巧內容做出貢獻的其他１。＞集體和個人，全部在文中＾１明確的方式標明本學位論文原創(chuàng)性聲明的法律責任由本人承擔。論文作者簽名：心４年叫日爲泉名之Ｌ指導教師簽名：年月日心）／占志都運品畜為碩±學位論文版權使用授權書本人完全知道成都信息工程大學關于保存、收集，同、使用學位論文的規(guī)定意下面各項內容：按照學校的要求上交學位論文的印刷版本和電子版本；學校有、權保存學位論文的印刷本和電子版，并采用影印縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文Ｌ義及提供本學位論文全文或者部分的閱覽服；學校有權提供目錄檢索

3、務；學校有權按有關規(guī)定向國家有關部ｎ或者機構送交論文的復印件和電子版；學?？蓮椭啤＃崳?、贈送和交換學位論文；學?？桑坠急菊撐牡娜炕虿糠謨热荩ūＣ軐W位論文在解密之后遵守此規(guī)定）除非有其他科研合同和其他法律文書的制約，本學位論文的科研成果屬于成都信息工程大學。論文作者簽名；餘Ｗ石年名月日ＬＬ指導教師簽名；也一年６月日釣本論文密級屬于級，保密的期限為年，解密之后適用本授權書。密級解密時間年月日學位論文指導教師學校保密辦公作者簽名＾。＾簽名＾。＾室審核情況年月日年月曰年月曰ＩＩＩＩ注：答辯通過旨每份定稿提交的論文中均須附由

4、作者本人簽名的原創(chuàng)聲明及使周授權書。成都信息工程大學碩士學位論文基于主成分分析的AES算法相關功耗分析攻擊學科領域名稱：計算機技術研究生：蔡琛指導教師：陳運教授摘要物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)+的迅速發(fā)展使得越來越多的電子設備如智能家電、無線傳感器、工程機器等互聯(lián)互通。邊信道的攻擊方法是通過分析加密算法運行時泄露的邊信息，例如時間、功耗等來破解其密鑰并獲取權限。輕量級的物聯(lián)網(wǎng)設備因為結構簡單，功能單一更容易受到邊信道攻擊的威脅，因此深入研究邊信道攻擊十分必要。在邊信道攻擊中，具有實施簡單、普適性強優(yōu)點的相關功耗分析攻擊被廣泛使用。然而，通過對AES算法的相關功耗分析攻擊的相關系數(shù)與樣本點位置進行分析

5、后發(fā)現(xiàn)：功耗曲線中存在密鑰相關性高的冗余樣本點和密鑰低相關區(qū)域的樣本點，這些點對分析出密鑰都是無用的，即相關功耗分析了大量無用的樣本點。密鑰相關性高的冗余點是指高相關區(qū)域中存在多個含有密鑰高相關信息的樣本點，這些點只需一個就可以分析出密鑰，即其他點都是冗余的。密鑰低相關區(qū)域的樣本點是指該區(qū)域內的點與所有密鑰的相關性都較低。針對這兩個問題，提出使用主成分分析對功耗曲線進行預處理，提取出高相關的特征，分離出低相關區(qū)域；使用曲線壓縮中的最大值提取法，采用兩周期提取一個最大值取代這兩周期內的所有點的方式來減少冗余點。這兩種方法通過減少功耗曲線的點達到減少數(shù)據(jù)分析量的目的。實驗結果表明：主成分分析的

6、預處理能將全部的相關性強的樣本點特征提取到前111號主成分中，將低相關區(qū)域的特征分離到111號之后的主成分中，只使用高相關的主成分就可以分析得出全部字節(jié)的密鑰值，并使分析量減少了大約3/4；多組使用不同閾值的最大值提取法的對比實驗發(fā)現(xiàn)，采用兩周期的閾值效果更好，且更符合匯編指令訪問外部存儲操作兩周期的特性；先進行最大值提取，再進行主成分分析的方法對曲線預處理的效果更好，能夠將實際的分析量減少至原始方法的5.5%左右。通過對算法實現(xiàn)、微處理器架構和采集環(huán)境的分析找出了存在這兩個問題的原因：為了更精確的采集到功耗信息，采樣頻率數(shù)倍于時鐘頻率，即一個時鐘內多采集了多個樣本點，這導致了功耗樣本點的

7、冗余；微處理器執(zhí)行其他操作的樣ii成都信息工程大學碩士學位論文本點也會被采集到，這些點相關性很低，導致了低相關區(qū)域的出現(xiàn)。關鍵詞：邊信道攻擊；相關功耗分析攻擊；主成分分析；AES算法；功耗曲線壓縮iii成都信息工程大學碩士學位論文CorrelationPowerAnalysisforAESBased-onPrincipalComponentAnalysisCAIChen(ComputerTechnology)Direct