智能卡抗差分功耗分析攻击的设计与实现

摘要

旁路攻击是智能卡众多攻击手段中的一种，旁路攻击中的差分功耗分析攻击因其实施简单，攻击能力强，并且与具体加密算法无关等特点，受到了广泛的重视和应用。差分功耗分析攻击通过大量采集智能卡执行加密算法过程中的功率消耗信息，研究智能卡处理的数据与功率消耗信息之间的相关性，通过分析、统计和计算最终还原智能卡执行加密算法的密钥。不论是软件实现的加密算法还是由专门的硬件加密模块来实现的加密算法，都可以通过该攻击方法获得智能卡内参与运算的密钥。因此研究差分功耗分析攻击的原理，设计抗攻击的策略，对于保障智能卡内数据的安全有非常重要的意义。
　　本论文在研究智能卡、DES算法、智能卡攻击与防御的基础上，分析现有的抗差分功耗分析攻击的策略，在系统级别设计和实现了针对智能卡DES算法的抗差分功耗分析攻击的两种策略，具体包括：
　　随机延时策略的实现。在智能卡调用的DES算法内部使用随机函数生成随机的延时时间。虽然该方法增加了攻击过程中功率消耗图对齐的难度，但不能从根本上防止差分功耗分析攻击。
　　随机S盒算法的实现。本论文设计了两种随机S盒算法，一种是在DES算法的每一轮中，通过随机数选择第一个执行运算的S盒，然后按照依次递增(模8)的顺序执行下一个S盒的运算；另一种是在DES算法的每一轮运算中，8个S盒执行运算的顺序全部随机，后者的随机性比前者更强。随机S盒的策略可以防御智能卡差分功耗分析攻击。