[发明专利]一种智能卡多核处理器系统及其防御差分功耗分析的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体和计算机技术，尤其涉及一种智能卡多核处理器系统及其防御差分功耗分析的方法。

背景技术

随着超大规模集成电路和计算机技术的发展，信息安全已经从传统的政治，经济，军事等领域推广到日常生活中。由于信息安全技术确保信息的安全保存和传输，因此，高性能的智能卡在世界上已经非常普及，如身份证，银行卡，手机卡等。

现代电子设备由集成电路构成，信息安全技术也依赖于相应的集成电路(如密码芯片)作为硬件载体。目前普遍采用将保密信息通过在加密器件上执行密码算法的策略，达到保护信息安全的目的，然而，在执行密码算法过程中物理器件总是要泄漏各种与密码系统本身相关的信息，比如运行时间、能量消耗、电磁辐射等等。攻击者利用这些边际信息攻击加密器件就可获得密钥，这一过程称为旁路攻击(Side Channel Attack,SCA)。旁路攻击方法分为时间分析、功耗分析和电磁辐射分析3类。在旁路信息中，由于功耗的可测试性最强、测试功耗的工具最简单、功耗曲线也最适合分析，使得功耗分析攻击在实际攻击中应用最多。功耗分析攻击有简单功耗分析（Simple Power Analysis,SPA）攻击,差分功耗分析（Differential Power Analysis,DPA）攻击。 在诸多功耗分析旁道攻击方案中，差分功耗分析攻击技术被证明是最有效率并且是最容易实现的一种，由于其易于操作且非常有效，对密码模块的安全构成重大威胁。抵抗差分功耗分析攻击的主要途径大致可分为两类：①是尽量降低功耗曲线的波动，减小功耗曲线中的信息含量，即采用降低信噪比的方法达到防御差分功耗分析攻击的目的；②是尽量扰乱功耗曲线与数据的相关性，我们有两种方式来实现扰乱功耗曲线和数据的相关性，第一种是我们在执行加解密算法时增加额外的数据，使功耗曲线和数据相关性破坏，第二种是采用增加随机噪声和冗余功耗。这两种途径都可以提高密码芯片的安全性，使攻击者难以实施差分功耗分析攻击或者需要采集更多的功耗曲线样本。

随着智能卡的发展，非接触智能卡越来越多。非接触智能卡是通过场强来为智能卡供电，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作，这样对智能卡的工作功耗要求就更高，如果我们采取增加冗余功耗来防御差分功耗分析攻击这种方法，我们需要增加额外的冗余功耗，这样就会使整个智能卡的功耗增加，从而造成功耗的浪费。一般的智能卡都采用单核微处理器结构，用片上硬件或软件来处理数据的加解密算法，为了防御差分功耗分析攻击，无论采用哪种方式都会引入额外的电路或者功能模块，其作用是扰乱原有的数据加解密功耗曲线图。本质上来说，对于加入的电路或者功能模块，从占用芯片的面积和工作产生的功耗来说，只有在防御差分功耗分析时才有意义，其他时间都是浪费，即增加了芯片的面积也增大了智能卡的功耗。

中国专利（公开号：CN102983964A）公开了一种抗差分功耗分 析的数字加密标准改进方法及装置，对64位明文进行数字加密标准的16轮运算的S盒函数处理步骤中使以下由SM-Box表示的新S盒函数。本发明结合不同的随机数改造的S盒函数，破坏了真实密钥信息和功耗曲线之间的相关性，给功耗分析获取信息带来很大难度达到抵御功耗分析的目的。本发明同时结合掩盖技术，在加密运算之前对明文进行预掩盖，并在每轮运算中进行随机数掩盖，有效的防止了信息泄露而被攻击，提高了其抗差分功耗分析攻击的能力。

中国专利（公开号：CN102970131A）公开了一种可以有效抵御通过功耗分析(简单功耗分析SPA和差分功耗分析DPA)或电磁辐射分析(DEMA)技术对采用分组加解密算法的模块、芯片和智能卡卡片等进行攻击以获取加解密运算密钥的技术及其电路实现结构。在高安全性智能卡应用中，例如但不限于，电子身份证、金融卡、社保卡等应用领域中，本发明能够有效地保护分组算法模块、芯片和智能卡卡片等，防止加解密运算密钥被功耗分析或电磁辐射分析技术所破译获取。本发明还能够在连续的加密运算中，提高加密运算的效率，在提高对分组算法模块、芯片和智能卡卡片等的安全防护强度的同时保证了加密运算的执行效率。本发明具有很好的创新性、实用性和有效性。

上述现有发明都无法解决因为增加了冗余功耗来防御差分功耗分析攻击而引起整个智能卡的功耗增加，导致加入的电路和功能模块在防御差分功耗分析之外的时间都是一种功能浪费，并且增加了芯片的面积，增大了智能卡的功耗。

发明内容