DESIGN OF DIFFERENTIAL POWER ANALYSIS RESISTANT CRYPTO CHIP BASED ON TIME RANDOMIZATION

Differential Power Analysis (DPA) is an effective attack method to break the crypto chips and it has been considered to be a threat to security of information system. With analyzing the prin-ciple of resisting DPA,an available countermeasure based on randomization is proposed in this paper. Time delay is inserted in the operation process and random number is precharged to the circuit during the delay time,the normal schedule is disturbed and the power is randomized. Following this meth-odology,a general DPA resistance random precharge architecture is proposed and DES algorithm following this architecture is implemented. This countermeasure is testified to be efficient to resist DPA.

Steady Fault Characteristic Analysis of a Missile Power System Based on a Differential Evolution Algorithm

The differential evolution (DE) algorithm is applied to solving themodels''equations of a whole missile power system, and the steady fault characteristics of the wholesystem are analyzed. The DE algorithm is robust, requires few control variables, is easy to use andlends itself very well to parallel computation. Calculation results indicate that the DE algorithmsimulates faults of a missile power system very well.

Electric power generation technology of natural gas pressure reduction:Insights from black box-gray box hierarchical exergy analysis and evaluation method

Based on the“three box”exergy analysis model,a black box-gray box hierarchical exergy analysis and evaluation method is put forward in this paper,which is applied to evaluate the power generation technology of differential pressure produced by natural gas expansion.By using the exergy analysis theory,the black box-gray box hierarchical exergy analysis models of three differential pressure power generation technologies are established respectively.Firstly,the“black box”analysis models of main energy consuming equipment are established,and then the“gray box”analysis model of the total system is established.Based on the calculation results of exergy analysis indexes,the weak energy consumption equipment in the whole power generation process is accurately located.Taking a gas field in southwest China as an example,the comprehensive energy consumption evaluation of the three power generation technologies is carried out,and the technology with the best energy consumption condition among the three technologies is determined.Finally,the rationalization improvement measures are put forward from improving the air tightness,replacing the deflector and reducing the flow loss.

Design of Secure Microsystems Using Current-to-Data Dependency Analysis

This paper presents a method for designing a class of countermeasures for DPA attacks based on attenuation of current variations. In this class of countermeasures, designers aim at decreasing the dynamic current variations to reduce the information that can be extracted from the current consumption of secure microsystems. The proposed method is based on a novel formula that calculates the number of current traces required for a successful DPA attack using the characteristics of the microsystem current signal and the external noise of the measurement setup. The different stages of the proposed method are illustrated through designing an example current flattening circuit. Meanwhile validity and applicability of the proposed formula is verified by comparing theoretical results with those obtained experimentally for the example circuit. The proposed formula not only estimates the required level of attenuation for a target level of robustness defined by design requirements, it also predicts the effectiveness of a countermeasure using simulation results therefore dramatically reducing the time to design of secure microsystems.

Method Based on Time Randomization to Resist Fault Sensitivity Analysis

A fault sensitivity analysis（FSA）-resistance model based on time randomization is proposed.The randomization unit is composed of two parts,namely the configurable register array（R-A）and the decoder（chiefly random number generator,RNG）.In this way,registers chosen can be either valid or invalid depending on the configuration information generated by the decoder.Thus,the fault sensitivity information can be confusing.Meanwhile,based on this model,a defensive scheme is designed to resist both fault sensitivity analysis（FSA）and differential power analysis（DPA）.This scheme is verified with our experiments.

防DPA攻击的标准单元库的设计与实现

给出了一个功耗恒定标准单元库的设计实现方法,并利用该标准单元库实现了DES密码算法中的S-盒。实验结果表明,这种标准单元库能够很好地起到防DPA攻击的作用。

一种基于寄存器翻转时刻随机化的抗DPA攻击技术

在密码算法电路中寄存器翻转时刻随机化对芯片抗DPA(differential power analysis)攻击能力有很大影响,因此提出了一种基于寄存器翻转时刻随机化的抗DPA攻击技术,其核心是利用不同频率时钟相位差的变化实现电路中关键寄存器翻转时刻的随机变化.针对跨时钟域的数据和控制信号,提出了需要满足的时序约束条件的计算方法,同时还分析了不同时钟频率对寄存器翻转时刻随机化程度的影响.以AES密码算法协处理器为例,实现了所提出的寄存器翻转时刻随机化技术,通过实验模拟的方法验证了理论分析的正确性.实验结果显示,在合理选择电路工作时钟频率的情况下,所提出的技术能够有效提高密码算法电路的抗DPA攻击性能.

S盒抗DPA能力与非线性度的关系

S盒作为高级加密标准(AES)中的唯一非线性部件,是影响算法性能的重要因素之一,在研究其性质的基础上,将透明阶作为衡量密码系统抗差分功耗分析(DPA)能力的一个指标,推导出高非线性函数透明阶的下界计算公式。实验结果表明,该算法是有效的,在类似AES的分组密码中,S盒非线性度与密码抗DPA能力成反比关系。

针对FPGA密码芯片M-DPA攻击的研究与实现

分析了DPA、B-DPA和M-DPA等三种差分功耗分析方法的原理;在FPGA内部采用并行设计与流水线设计方法实现了AES的密码电路,分别采用DPA、B-DPA和M-DPA三种方法对AES的FPGA电路实现进行了攻击;得出结论:M-DPA攻击方法能够很好地减少FPGA密码芯片的并行设计和流水线设计带来的不利影响,能够有效增大分析的信噪比,减少攻击的样本量,提高攻击的效率;M-DPA攻击方法相对于DPA和B-DPA攻击能够更加适用于FPGA密码芯片的功耗旁路分析。

针对DES加密算法的DPA攻击仿真平台

研究分析数据加密算法DES的特点,采用差分功耗分析(DPA)攻击方式进行密钥破解,针对DES算法实现一种差分功耗分析攻击仿真平台。该仿真平台具有精度高、模拟速度快等特点,其理论基础为集成电路中门电路在实现加密算法时的物理特性、功耗模型及数据功耗相关性。在该平台上针对DES加密系统,采用基于汉明距离的差分功耗攻击实现仿真模拟,成功破解了DES加密算法的密钥,从而给DES加密算法理论研究者提供了有益的基础和参考。

一种新型的抗DPA攻击可配置逻辑结构

DPA(Differential Power Analysis)攻击的强度取决于芯片电路功耗与所处理的数据之间的相关性以及攻击者对算法电路实现细节的了解程度.本文结合动态差分逻辑和可配置逻辑的特点,提出了一种具有抗DPA攻击能力的双端输出可配置逻辑(DRCL:Dual-Rail Configurable Logic).该逻辑一方面具有与数据取值无关的信号翻转率和信号翻转时刻,因而能够实现很好的功耗恒定特性;另一方面去除了电路结构与电路功能之间的相关性,从而可以阻止攻击者通过版图逆向分析的方法窃取算法电路实现细节.实验结果表明,DRCL比典型的抗DPA攻击逻辑WDDL(Wave Dynamic Differential Logic)具有更好的功耗恒定性,因而具有更强的DPA攻击防护性能.

基于FPGA加密芯片的DPA实现与防御研究

差分功耗分析是破解AES密码算法最为有效的一种攻击技术,为了防范这种攻击技术本文基于FPGA搭建实验平台实现了对AES加密算法的DPA攻击,在此基础上通过掩码技术对AES加密算法进行优化与改进。通过实验证明改进后的AES算法能有效的防范DPA的攻击。

抗DPA攻击的AES算法研究与实现

Mask技术破坏了加密过程中的功率消耗与加密的中间变量之间的相关性,提高了加密器件的抗DPA攻击能力。简单地对算法流程添加Mask容易受到高阶DPA攻击的。提出了一种对AES加密过程的各个操作采用多组随机Mask进行屏蔽的方法,并在8bit的MCU上实现了该抗攻击的AES算法。实验结果表明,添加Mask后的抗DPA攻击AES算法能够有效地抵御DPA和高阶DPA的攻击。

真实环境下对幂剩余指数的SDPA攻击

介绍边信道攻击的概念和研究背景,研究幂剩余算法及BR算法从右至左的实现过程,指出在实际应用中,使用简单能量分析对幂剩余算法进行攻击时,攻击者需要了解算法的具体运算过程,同时还需具备一定经验,否则不易找到能量消耗曲线与指数信息之间的准确对应关系,且用户稍加防范即可使攻击失效。提出一种简单差分能量分析攻击方法,可以更容易地得到指数信息,并使实验结果更准确。通过真实环境下的实验,进一步证实了该方法的可行性和正确性。

防DPA攻击的两种不同逻辑比较研究

DPA是一种非常有效的密码处理器攻击技术,它能够通过对密码处理器的功耗行为进行分析来获取密钥值。运用功耗恒定的标准单元实现密码处理器可以很好地达到防DPA攻击的目的。本文针对不同的集成电路制造工艺,分别对DDCVSL与SABL两种不同逻辑的防DPA攻击特性进行比较分析。实验结果表明,随着晶体管沟道长度的减小,内部节点电容对功耗恒定特性的作用逐渐减小,DDCVSL与SABL具有相近的防DPA攻击特性。同时,DDCVSL的功耗、延迟与面积小于SABL。

基于时间延迟和掩码的抗DPA方法研究

针对时间延迟技术和掩码技术的不能完全抵御差分功耗攻击的不足,在研究差分功耗攻击防御方法的基础上,提出一种时间延迟和功耗随机化的电路结构,将其应用在AES算法中,并在FPGA开发板、示波器和PC机组成的功耗采集分析平台中进行了验证;通过DPA实验,结果表明,未加防护的AES加密算法IP核能被成功攻击,而增加时间延迟和掩码防护的AES IP核具有抗DPA攻击防护能力;文章的研究方法和思路可为功耗攻击防御研究提供一定的借鉴和参考。

基于FPGA平台的抗DPA攻击电路级防护技术研究

随着现场可编程门阵列(FPGA)芯片在安全领域上的广泛应用,有关FPGA密码芯片的抗(DPA)研究也越来越受关注,但目前的研究成果大多针对智能卡的安全防护。在研究各种电路级安全防护技术的基础上,采用硬件宏的方法将双轨和预充电技术应用于FPGA芯片的数据加密标准算法(DES)硬件结构,通过DPA攻击实验后发现,未加防护措施的DES加密系统难以抵御DPA攻击,而加防护措施的加密系统具有抗DPA攻击的能力。

一种抗DPA攻击的双轨信号平行布线方法

双轨预充电逻辑是一种有效的差分功耗分析(DPA)攻击防护技术,其需要解决的关键问题在于必须保证互补的双轨信号线具有对称的电容负载。本文提出了一种双轨信号布线方法,能够基于商用的布局布线EDA工具实现双轨信号的平行布线,从而实现电容负载对称的目的。本方法首先利用EDA工具在奇数个布线轨道中对单轨网表进行布线,然后将信号线复制并平移到相邻的布线轨道得到双轨信号布线结果。这样,每对双轨信号线都有相同的布线结构,因而具有相同的电容负载。利用所提出的平行布线方法实现了一个AES加密协处理器,实验结果表明平行布线的双轨信号电容负载具有优异的对称性。

基于DPA的LED非线性部件逆向研究

在军事和商业应用中有很多密码算法是半公开或者不公开的，旨在证明算法保密对密码的安全性提高并没有明显帮助．针对轻型分组密码LED的未知非线性部件S盒，提出了一种基于差分功耗分析的逆向方法，该方法可以利用差分功耗曲线的极性信息来恢复未知算法结构．实验结果表明，在LED的S盒参数未知时，利用功耗采集平台采集算法运行时泄露的旁路功耗信息，可以成功逆向出全部s盒信息，验证了该方法的可行性．

智能卡SPA&DPA攻击

智能卡是一种可防止被入侵设计的设备,为了防止攻击者藉由边际信道泄漏信息,如功率消耗、执行时间、故障时的输出与输入行为、电磁辐射、功率尖峰情形等信息攻击智能卡,必须采取一些防备措施。本文主要介绍攻击智能卡的简易功率分析(SPA),微分功率分析(DPA)。这些技术已被广泛地使用于窃取智能卡保护数据的技术上,提供这些技术的概略性观念,使我们知道问题所在,进一步想出对策,促使我们设计出更安全的智能卡。