波动动态差分逻辑RISC-V CPU芯核的功耗抑制技术研究

差分功耗分析(DPA)攻击不仅威胁加密硬件,对加密软件的安全性也构成严重挑战。将波动动态差分逻辑(WDDL)技术应用在RISC-V指令集的处理器芯核上可减少功耗信息的泄露。但是,WDDL技术会给电路引入巨大的功耗开销。该文针对基于WDDL的RISC-V处理器芯核提出两种功耗抑制方法。虽然随机预充电使能技术与指令无关,而预充电使能指令技术需要扩充指令集,但这两种方法都是属于轻量级的设计改进。仿真结果表明,采用了随机预充电使能技术和预充电使能指令技术的Rocket芯核的电路功耗分别是原始的WDDL Rocekt芯核功耗的42%和36.4%。

基于循环向量协同优化电路的NBTI效应和泄漏功耗

当晶体管的特征尺寸减小到45nm时,电路的可靠性已经成为影响系统设计一个关键性因素。负偏压温度不稳定性(NBTI)和泄露功耗引起的电路可靠性现象的主要原因,导致关键门的老化加重,关键路径延迟增加,最终使得芯片失效,影响系统的正常工作。为了缓解NBTI效应和泄露功耗对电路可靠性的影响,延长电路的使用寿命,文中提出了循环向量方法进行协同优化。在ISCAS85基准电路,利用本方法协同优化实验,NBTI效应平均延迟相对改善了10%,泄漏功耗平均降低了15%,证明了循环向量方法的可行性。

ARIA分组密码差分功耗分析

分析了密码算法加密过程的功耗泄露模型,给出了差分功耗分析的基本原理,针对ARIA分组密码中查找S盒的功耗泄漏进行了差分功耗分析,并进行仿真实验。实验结果表明：ARIA密码中S盒查表操作功耗消耗易遭受差分功耗攻击,对800个随机明文的功耗曲线进行实验分析,可获取ARIA加密前4轮轮密钥,结合密钥扩展算法即可获取128位的主密钥。