輕量級分組密碼PRESENT功耗攻擊的研究.pdf

1、隨著智能卡越來越廣泛地應(yīng)用到物流、金融、制造業(yè)和公共信息服務(wù)等眾多領(lǐng)域，我們不僅需要從數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的角度研究密碼算法安全性，還需要從算法實(shí)現(xiàn)的角度來考慮密碼系統(tǒng)的安全問題。在實(shí)際應(yīng)用中，智能卡芯片在運(yùn)行時(shí)可能泄漏一些中間狀態(tài)信息（如功耗、執(zhí)行時(shí)間、出錯(cuò)消息、電磁輻射等信息），使得攻擊者有機(jī)會(huì)從中收集到與密鑰有關(guān)的關(guān)鍵信息。功耗攻擊就是一種通過獲取密碼芯片與密鑰相關(guān)的功耗信息來實(shí)現(xiàn)破解的攻擊手段，它主要是通過獲取、分析密碼芯片的功耗曲線以了解

2、硬件加密的具體方法，最終達(dá)到破解的目的，這給密碼芯片的安全性產(chǎn)生了巨大的威脅，受到密碼學(xué)界的廣泛的重視。
　　PRESENT分組密碼是一種典型的輕量級密碼算法，它是針對智能卡芯片面積及資源受限的應(yīng)用場景而設(shè)計(jì)出來的。目前，針對PRESENT算法的攻擊方法主要有線性分析、差分分析、代數(shù)分析等，但是這些方法僅限于縮減輪數(shù)的攻擊，因此，PRESENT算法在31輪依然是安全的。目前，國內(nèi)外針對于PRESENT加密算法的功耗攻擊方法及防護(hù)手

3、段的相關(guān)研究還處于開始階段，有待更進(jìn)一步的深入研究。
　　本文實(shí)現(xiàn)了對PRESENT密碼算法的功耗攻擊，取得較為理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的防護(hù)方法，為輕量級密碼算法的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及針對功耗攻擊的防護(hù)方法提供了相應(yīng)的參考。本文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1．搭建一套完整的硬件仿真平臺，在對PRESENT密碼算法分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了硬件仿真，以及綜合、布局布線和功耗仿真實(shí)現(xiàn)，得到功耗曲線，從而能夠得到攻擊點(diǎn)的功耗數(shù)據(jù)

4、。
　　2．針對PRESENT密碼算法運(yùn)算結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，通過對功耗模型的分析，提出了兩種針對PRESENT密碼算法的功耗攻擊方法，分別是多比特差分功耗攻擊(DPA)和相關(guān)功耗攻擊(CPA)，仿真實(shí)驗(yàn)表明，這兩種攻擊方法對PRESENT算法的輪密鑰的攻擊可行有效，從而能夠推導(dǎo)出整個(gè)密鑰。
　　3.針對PRESENT的功耗攻擊，通過分析可能的攻擊點(diǎn)，提出了PRESENT密碼算法實(shí)現(xiàn)的隨機(jī)掩碼和固定掩碼這兩種有效的防護(hù)方案，為今后P