碰撞能量分析攻击方法研究与可视化子系统的设计与实现

摘要

密码算法通常以软件或硬件的形式在密码设备中实现. 在执行操作的过程中，密码设备通常会产生各种形式的信息泄漏，例如能耗，电磁辐射，运行时间等. 这些信息统称为辅助信息. 通过使用在执行加密设备过程中产生的信息泄漏来攻击加密设备的方法称为边信道攻击. 这种分析方法对加密设备的实际安全性构成了严重威胁. 本文着重研究能量分析攻击方法，而无需事先了解加密算法和加密设备的详细信息，并开发了旁通道加密分析和检测系统的可视化子系统. 本文的主要结果如下: （1）提出了一种交叉碰撞能量分析攻击方法，作为一种典型的边信道攻击方法. 能量分析攻击通常假定密码算法和密码设备的所有详细信息都是已知的. 但是，当密码算法和设备详细信息未知时，此类攻击将失败. 当前，很少有与未知密码设备详细信息有关的能量分析攻击. 例如，盲目攻击是攻击方法之一，但它要求分析人员具有重置建模设备密钥的能力. 显然，如果分析人员不具备此能力，盲目攻击将难以实施. 因此，本文研究了密码算法中具有交叉冲突结构的能量分析攻击方法. 该方法仅假设攻击者具有已知数量的泄露关键信息的密钥建模设备攻击方式设计，但不要求分析人员进行建模. 设备设置密钥的能力也不需要分析人员知道加密算法和加密设备的详细信息. 具体地，交叉冲突结构是指示在交换文本和密钥之后密码算法的中间值保持不变的结构. 例如，AES和PRESENT的S盒组件满足此属性. 基于这种性质，本文提出了一种基于中位碰撞的能量分析攻击方法-交叉碰撞能量分析攻击. 最后，以AES-128无保护软件的攻击为例，验证了该方法的正确性和有效性. （2）完成了旁通道密码分析检测系统可视化子系统的设计与实现. 旁通道密码分析作为密码学的重要分支，具有很强的实用性. 为了促进对交叉碰撞能量分析攻击的研究，作者开发了侧通道密码分析检测系统的可视化子系统. 使用自行开发的内置图形库可以实现系统各种操作的可视化. 同时，系统还提供了使用第三方控件进行绘图的功能. 用户无需编写程序即可完成完整的辅助信道密码分析过程攻击方式设计，例如加载，预处理，攻击和评估对侧信息数据. 为了支持灵活的自定义图形库的实现，系统提供了统一的图形界面. 此外，用户可以通过脚本语言扩展系统的某些特殊绘图功能.

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