针对单片机的电磁模板攻击的研究

摘要

信息安全已经成为了社会的一个重要话题。而加密芯片的安全性是实现信息安全的重要保证。边信道攻击是一种利用加密芯片在运行过程中泄露的如运行时间、电磁辐射泄露、错误信息和能量消耗等信息来进行攻击的新的威胁安全的方式。它实现攻击的方式多种多样，攻击有效性强和效率高。目前还没有一种手段能够完美的防御所有的边信道攻击方式。因此它的发展对加密芯片的安全提出了新的挑战，所以需要对边信道攻击做深入的研究。
　　 本文首先介绍了密码学和边信道攻击的基本知识，以及模板攻击的理论。通过对能耗信息与电磁信息之间关系，以及电磁信息与密钥特征之间关系的分析，将电磁信息引入到模板攻击中。模板攻击的前提是需要控制一个与目标芯片相同的芯片。数据分析的重点在于噪声的处理上，以充分利用采样信号蕴含的信息。
　　 本文以RC4算法为攻击目标，针对单片机芯片实现了电磁模板攻击的实例。文章详细的介绍了实验方案的设计和具体的实现过程，并给出了实验环境的搭建和试验结果的分析。实验证实了电磁模板攻击的有效性和实验搭建的边信道攻击实验平台的可用性以及通用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题的背景与意义

1.2边信道攻击基础

1.3本文的主要工作

第二章密码学基础知识与RC4介绍

2.1密码学基本概念

2.2密码体制的安全性

2.3攻击的分类

2.4对称密钥算法与公开密钥算法

2.5序列密码算法

2.6 RC4算法的介绍

2.6.1 RC4算法的历史和地位

2.6.2 RC4算法介绍

2.7本章小结

第三章边信道攻击技术基础

3.1边信道信息的泄露规律

3.2边信道信息源

3.2.1时间攻击(Timing Attack)

3.2.2错误信息攻击(Error Message Attack)

3.2.3声音攻击(Acoustic Attack)

3.2.4能耗攻击(Power Analysis Attack)

3.2.5电磁攻击(Electromagnetic Analysis Attack)

3.2.6其他攻击方式

3.3噪声的影响

3.4模板攻击

3.4本章小结

第四章电磁模板攻击

4.1电磁信息与密钥特征的相关性

4.2实验平台

4.3 RC4算法的的实现

4.4实验方案

4.5实验结果及分析

4.6本章小结

第五章总结和展望

致谢

参考文献

作者研究生期间的成果和参与的科研项目

附录