一种SM4算法S盒的门限实现方案

摘要

侧信道攻击自诞生以来,对密码算法的实现安全产生了巨大的威胁.以DPA攻击为代表的功耗攻击作为典型的侧信道攻击方法之一,由于具有攻击性强,实施简单的特点,已成为侧信道攻击领域研究最多,应用最广的攻击方法.SM4算法作为我国的分组密码标准,自公布之日起就受到了业界的广泛关注,其安全性也迅速成为密码算法领域的研究热点.在SM4算法公布后不久,即被业内学者利用DPA攻击成功破解密钥,SM4算法的实现安全面临重大挑战.本文针对SM4算法如何防御二阶DPA攻击的问题,提出了一种基于门限实现理论抵抗二阶DPA攻击的新方案.该方案通过利用正规基将S盒的输入变换到复合域中求逆,再结合门限实现理论构造了一个新型S盒.新的S盒通过将输入分成3组,保证了本文方案具有抵抗二阶DPA攻击的能力;通过引入环掩码结构和分解法求逆,减小了方案的实现面积.经过安全性分析,本文方案所构造的S盒可以有效地抵御二阶DPA攻击.实验结果表明,与常规复合域掩码方案相比,本文方案的面积减小6％,所需随机掩码数处于较低水平.