基于双掩码技术的抗功耗攻击CMOS电路设计

为增强现有差分传输管预充电逻辑(differential pass-transistor pre-charge logic,DP^(2)L)电路结构的抗功耗攻击性能,设计并开发了一种改进型DP^(2)L电路。与改进前电路相比,改进型DP^(2)L电路在不同输入信号下晶体管的导通数目保持相同,从而表现出更好的功耗恒定性能。在此基础上,进一步设计了双轨双掩码差分传输管预充电逻辑(double masked differential pass-transistor pre-charge logic,DMDP^(2)L)电路。该电路不仅改善了原有电路的功耗恒定特性,而且引入的双掩码具有随机性,加大了攻击者获取电路运算结果的难度。模拟结果表明,设计的双轨DMDP^(2)L电路较其他3种同类型逻辑电路的标准化能量偏差(normalized energy deviation,NED)分别减小了11.33%,5.19%和3.06%,表明其具有更好的功耗恒定特性和抗功耗攻击能力。

基于虚拟孔与双轨预充电技术的电流型混淆逻辑电路设计

功耗攻击是密码芯片面临的一种极具威胁性的攻击方式,而逆向攻击将有助于提高功耗攻击的效率和成功率。为提升密码芯片中逻辑电路的安全性,通过将虚拟孔技术应用于电流型CMOS电路,设计了具有相同电路结构的与非门、或非门以及非门,使攻击者无法准确分辨电路的逻辑功能,起混淆逻辑作用。在此基础上,结合双轨预充电技术良好的功耗恒定性,使所设计的电路具有抵御功耗和逆向联合攻击的能力。最后用Hspice软件进行了实验验证。

基于高低电平预充电方案的功耗恒定型门电路设计

功耗分析攻击(power analysis attack,PAA),即通过分析数字电路中寄生电容和负载电容充放电引起的功耗变化得到与之相关的信息,因此,消除功耗与数据的相关性已成为防御功耗攻击的重要研究方向,功耗恒定电路便是比较有效的方案之一。基于动态差分逻辑的门电路,设计了可较好消除功耗与存储和计算信息关系的电路,从根本上消除了功耗分析所依赖的功耗-数据相关性的物理基础,提出了一种改进型低功耗、低成本的功耗恒定门电路,设计了高电平预充电和低电平预充电2种方案,并比较了2种方案在功耗恒定性和能耗上的差异。结果表明,与已有方案相比,设计的2种预充电方案均具有更小的功耗偏差,且低电平预充电方案的电路总能耗更低。

一种新型的抗PAA攻击的双轨预充电电路逻辑

在诸多抗功耗分析攻击的设计方案中,电路级的对抗设计主要是通过平衡芯片在运行不同逻辑运算时所产生的功耗,消除数字电路中功耗与其所存储和计算的信息的相关性,从根本上消除功耗分析所依赖的功耗-数据相关性的物理基础.文章在研究和分析双轨预充电逻辑的基础上,提出了一种新型低功耗、低成本的功耗平衡抗攻击门电路设计,并进行了实验验证.