[发明专利]一种移动便携式侧信道采集测试设备及其控制方法

说明书

本发明公开了一种移动便携式侧信道采集测试设备及其控制方法，该设备包括：功耗采集目标开发板，用于实现加密和解密，并输出原始瞬时功耗；曲线预处理模块，用于对原始瞬时功耗进行预处理；采集板，将曲线预处理后的功耗数据与给定电压阈值进行比较，输出二值信号，并通过阈值压缩法进行累加计数，将该工作周期内的功耗数据转换为功耗压缩值，对其进行存储，并根据各个工作周期的功耗压缩值绘制功耗曲线；分析板，用于设置测试时的给定电压阈值，接收采集板发送的功耗曲线，并对其进行差分能量分析。本发明在采集数据阶大幅压缩功耗数据，并且不依赖于传统方法的示波器和PC机，可有高效地进行侧信道分析，具有轻量便携，成本低廉等特点。

技术领域

本发明涉及密码安全技术领域，尤其涉及一种移动便携式侧信道采集测试设备及其控制方法。

背景技术

侧信道攻击是指利用电路工作过程中的各种侧信道泄露信息，如：能耗、时间、故障、电磁辐射等，通过建立这些泄露信息与密码算法关键信息(如密钥)间的联系，实现对秘密信息的提取。针对密码芯片或加密设备硬件电路的侧信道攻击(Side Channel Attack,SCA)，目前已成为密码算法硬件形式的主要威胁。

为了保护密码设备的安全性，不同组织已经研制了侧信道分析设备用于密码系统的安全性测试。传统侧信道数据采集设备由电源、高频数字示波器、PC 机、目标密码芯片组成，采集数据通过网络交付给服务器进行分析。这种方式高频示波器进行功耗采集，数据量较大，不利于后续的存储和计算分析。目前有些压缩算法被应用于解决数据量过大的问题，它们通过降维等方法及对采集后样本进行压缩，但是都依赖于示波器数据，没有减少原始采集的数据量；并且压缩算法的处理能力和数据维度有关，在处理高维数据时会出现计算困难。

本发明以降低功耗分析采集阶段数据量和侧信道分析设备轻量化为目标，在功耗数据采集阶段，使用阈值电压，将密码芯片一个工作周期内高于阈值电压的时长量化为一个功耗值，进而大幅压缩采集数据。同时本设备用简单的设备实现了压缩采集功能，并利用采集到的数据进行本地的差分能量分析，降低了侧信道采集分析设备的成本和体积。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中侧信道分析设备采用数字示波器采集数据量过大以及由此带来的设备复杂成本高昂等缺陷，提供一种移动便携式侧信道采集测试设备及其控制方法，该设备不仅能在数据采集阶段降低数据量，而且能够在本地进行存储和侧信道分析，设备轻量便携，降低了测试成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种移动便携式侧信道采集测试设备，该设备包括依次相连的功耗采集目标开发板、曲线预处理模块、采集板和分析板，其中：

功耗采集目标开发板，用于实现加密和解密，并输出原始瞬时功耗；

曲线预处理模块，用于对原始瞬时功耗进行预处理，包括信号放大、滤波和偏置处理，得到曲线预处理后的功耗数据；

采集板，用于在每个工作周期内，将曲线预处理后的功耗数据与给定电压阈值进行比较，输出二值信号，并通过阈值压缩法进行累加计数，将该工作周期内的功耗数据转换为功耗压缩值，对其进行存储，并根据各个工作周期的功耗压缩值绘制功耗曲线；

分析板，用于设置测试时的给定电压阈值，接收采集板发送的功耗曲线，并对其进行差分能量分析。

进一步地，本发明的功耗采集目标开发板包括密码芯片、功耗测量端口、 Trigger信号控制端口，其中：

密码芯片，用于在测试设备运行测试过程中，通过USB连接分析板，接收分析板的数据作为输入，运行密码算法；

功耗测量端口，测量设备通过该端口读取功耗采集目标开发板的原始瞬时功耗；