[发明专利]一种针对DES算法L寄存器翻转的功耗攻击方法及系统

说明书

本发明公开了一种针对DES算法L寄存器翻转的功耗攻击方法及系统，涉及DES硬件模块安全性测评技术领域，包括以下步骤：利用RNG生成32位随机数R，并生成对应明文；将明文输入具有DES算法的硬件模块中进行运算，采集运算时的功耗信息并生成功耗曲线，重复执行至采集的功耗曲线满足DPA攻击的需求；利用明文与猜测密钥计算，并选择明文相应的中间值，多个明文的中间值组成一中间数据数组，重复计算得到与多个猜测秘钥对应的多个中间数据数组，分别计算多个中间数据数组与功耗数据的相关性，找出相关性最大的中间数据数组对应的猜测密钥，本发明能够有效提升SNR，增强DPA攻击的效果，提高对DES硬件模块的安全性测评准确性。

技术领域

本发明涉及DES硬件模块安全性测评技术领域，具体涉及一种针对DES 算法L寄存器翻转的功耗攻击方法及系统。

背景技术

1973年，美国国家标准局公开征集密码体制。经过大量的公开讨论后，由IBM开发的密码算法于1977年被采纳为DES(Data Encryption Standard，数据加密标准)，并授权在非密级的政府通信中使用。自公布以来，DES一直活跃在国际保密通信的舞台上，成为商用保密通信和计算机通信中最常用的加解密算法。

DES的出现在密码史上是一重大创举。此前密码设计的细节都是严加保密的，而DES则公布了所有的实现细节。DES为分组加密算法，采用了Fesitel 结构，分组长度为64比特，密钥长度为64位，迭代轮数为16轮。DES加密时，首先对64比特的明文进行一次初始值换，打乱明文的位置信息；然后通过由轮密钥控制的16轮轮运算，进行充分的混淆和扩散；最后再通过初始值换的逆变换得到最终的密文。

DES算法在智能卡中通常以专用硬件模块的方式被实现，其在智能卡嵌入式软件的控制下，可对接收到的数据进行DES加密运算。硬件电路作为智能卡的一部分，攻击者无法访问，因此其只能观察到经DES加密后的密文， DES本身的安全强度足以保证数据交互的保密性。

1999年，Kocher提出了差分功耗攻击DPA分析(Differential Power Analusis)。DPA主要是通过分析密码设备运算期间泄露出的侧信道信息，即可获取其密钥。由于不同设备的侧信道信息特征不同，因此DPA与密码设备所采用的具体实现方式密切相关。此后，业界对功耗攻击方法进行了深入研究。

功耗攻击的基础是功耗信息具有数据依赖性。数字电路是由若干个相同的逻辑门组成，每个逻辑门的功耗包括静态功耗和动态功耗两部分，其中动态功耗占整个功耗的主要部分。动态功耗主要由逻辑门的翻转产生，即信号由“0”变化到“1”，或者由“1”变化到“0”。没有翻转，即维持“0”或者“1”不变，不产生功耗。

功耗信息P_total中往往包含整个DES硬件模块的功耗变化信息。对于一个特定的攻击场景，将功耗信息P_total可以分为攻击可利用的功耗分量P_attack和其它分量P_other，于是有：

P_total＝P_attack+P_other

其中，信噪比可用于刻画信息泄露的程度。在功耗分析中，信噪比SNR (Signal-Noise Ratio)被定义为：

其中Var为方差计算函数。

显而易见，SNR越高，从整个功耗信息P_total中识别出P_attack越容易，DPA 攻击越容易。研究表明：SNR增加一倍，DPA攻击所需的曲线则减为原来的一半。为了成功的实施DPA攻击，应该选择合适的输入数据，提高信号的SNR，即提高攻击可利用的分量所占比重。