数据加密标准密码系统差分功耗分析攻击

为揭示密码系统运行时功耗所导致的信息泄漏,分析了静态CMOS门数据功耗相关性,介绍了以AT89C52单片机实现的数据加密标准(DES)密码系统为目标的差分功耗分析(DPA)攻击的设计与实现。提出了寄存器中静态CMOS门功耗模型,解释了DPA中选择函数D是如何将功耗曲线分入两个具有不同功耗特征的集合,使得由数据推断功耗和由功耗推断数据的思路更加清晰。DPA攻击获得了DES第16轮加密的48位子密钥。由此可知由于CMOS门数据功耗相关性,未加防护措施的DES密码系统终将难以抵御DPA的攻击。

密码系统差分功耗分析攻击及功耗模型

为了证明密码系统运行时功耗泄漏包含系统密码信息,分析了静态互补金属氧化物半导体(CMOS)门数据功耗相关性,通过对AT89C52单片机实现的数据加密标准(DES)密码系统进行差分功耗分析(DPA)攻击,在64 h内获得了DES第16轮加密的48 bit密钥.攻击结果表明:AT89C52中静态CMOS门状态由0到1和由1到0翻转电能消耗不同,静态CMOS门不同位置的负载电容之间存在差异.提出了寄存器负载电容充电功耗模型,解释了攻击现象,明确了DPA攻击的物理基础,为密码系统实施相关防护措施提供了依据.

CMOS门电路的功率与数据相关性

为了研究电路实现形式对密码芯片抗“功耗分析攻击”能力的影响,考察了CMOS门电路的交流馈通对电源电流的影响,输入组合对电路充放电网络的影响以及静态电流的数据相关性。对静态逻辑、N/P型动态逻辑和差分Domi-no逻辑的这3种信息泄漏机制进行了具体分析,并对这4种逻辑的2输入与门和或门进行了仿真。静态电路和普通动态电路不同输入变化对应的电流曲线间的最大差值都大于60μA,而差分Domino电路的所有电流曲线之差小于2μA。结果表明:采用N型Domino逻辑,并使数据输入只在时钟为高时有效,相对于其他逻辑功耗信息泄漏要小。