基于汉明重的犛犕犛4密码代数旁路攻击研究

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1、第３６卷第６期计算机学报Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．６２０１３年６月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳＪｕｎｅ２０１３基于汉明重的犛犕犛４密码代数旁路攻击研究刘会英１）赵新杰１），２）王韬１）郭世泽１），２）张帆３）冀可可１）１）（军械工程学院计算机工程系石家庄０５０００３）２）（北方电子设备研究所北京１０００８３）３）（康涅狄格大学计算机科学与工程系康涅狄格州斯托斯０６２６９美国）摘要基于汉明重泄露模型，对ＳＭＳ４算法抗代数旁路攻击能力进行了评估．首先构建ＳＭＳ４算法等价布尔代数方程组，然后采集Ｓ

2、ＭＳ４加密功耗泄露，基于模板分析对加密中间状态字节的汉明重进行推断，并转化为与密码算法联立的代数方程组，最后利用解析器进行密钥求解．结果表明：ＳＭＳ４密码易遭受代数旁路攻击；已知明文条件下，２个样本４轮连续汉明重泄露或２６轮离散汉明重泄露可恢复１２８ｂｉｔＳＭＳ４主密钥；未知明密文条件下，２个样本连续５轮汉明重泄露可恢复１２８ｂｉｔＳＭＳ４主密钥；使用随机掩码防御的ＳＭＳ４实现仍不能有效防御代数旁路攻击，已知明文条件下，２个样本连续１４轮汉明重泄露可恢复１２８ｂｉｔＳＭＳ４主密钥．为提高攻击实用性，提出了

3、一种容错代数旁路攻击方法，结果表明汉明重推断错误率不超过６０％的情况下，２个样本可恢复１２８ｂｉｔＳＭＳ４主密钥．本文方法对其它分组密码代数旁路攻击研究具有一定的借鉴意义．关键词ＳＭＳ４；代数旁路攻击；汉明重；模板分析；掩码防护；容错中图法分类号ＴＰ３９３犇犗犐号１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１３．０１１８３犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀犎犪犿犿犻狀犵犠犲犻犵犺狋犅犪狊犲犱犃犾犵犲犫狉犪犻犮犛犻犱犲犆犺犪狀狀犲犾犃狋狋犪犮犽狊狅狀犛犕犛４ＬＩＵＨｕｉＹｉｎｇ１）ＺＨＡＯＸｉｎＪｉｅ１），２）ＷＡＮ

4、ＧＴａｏ１）ＧＵＯＳｈｉＺｅ１），２）ＺＨＡＮＧＦａｎ３）ＪＩＫｅＫｅ１）１）（犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犆狅犿狆狌狋犲狉犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犗狉犱狀犪狀犮犲犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犆狅犾犾犲犵犲，犛犺犻犼犻犪狕犺狌犪狀犵０５０００３）２）（犜犺犲犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犖狅狉狋犺犈犾犲犮狋狉狅狀犻犮犈狇狌犻狆犿犲狀狋，犅犲犻犼犻狀犵１０００８３）３）（犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犆狅犿狆狌狋犲狉犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆狅狀狀犲犮狋犻犮狌狋，犛狋狅狉狉狊，犆犜０

5、６２６９，犝犛犃）犃犫狊狋狉犪犮狋ＷｅｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＳＭＳ４ａｇａｉｎｓｔａｌｇｅｂｒａｉｃｓｉｄｅｃｈａｎｎｅｌａｔｔａｃｋ（ＡＳＣＡ）ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＨａｍｍｉｎｇｗｅｉｇｈｔ（ＨＷ）ｍｏｄｅｌ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ＳＭＳ４ｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｓａｓｅｔｏｆｅｑｕａｔｉｏｎｓｉｎｖｏｌｖｉｎｇｔｈｅｐｕｂｌｉｃａｎｄｋｅｙｖａｒｉａｂｌｅｓａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｌｅａｋａｇｅｓｏｆｔｈｅｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅＨＷｓｏｆ

6、ｉｍｍｅｄｉａｔｅｂｙｔｅｓａｒｅｄｅｄｕｃｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｍｐｌａｔｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｄｄｉｔｉｏｎａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓａｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅｓａｔｓｏｌｖｅｒｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｒｅｃｏｖｅｒｔｈｅｋｅｙ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＳＭＳ４ｉｓｖｕｌｎｅｒａｂｌｅｔｏＡＳＣＡ．Ｉｎｔｈｅｋｎｏｗｎｐｌａｉｎｔｅｘｔｓｃｅｎａｒｉｏ，ｆｏｕｒｒｏｕｎｄｓｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅＨＷｌｅａｋａｇｅｓｏｒｔｗｅｎｔｙｓｉｘｒｏｕｎ

7、ｄｓｒａｎｄｏｍｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＨＷｌｅａｋａｇｅｓｉｎｔｗｏｔｒａｃｅｓａｒｅｅｎｏｕｇｈｔｏｒｅｃｏｖｅｒｔｈｅ１２８ｂｉｔｓｍａｓｔｅｒｋｅｙ．Ｉｎｔｈｅｕｎｋｎｏｗｎｐｌａｉｎｔｅｘｔｓｃｅｎａｒｉｏ，ｔｈｅＨＷｌｅａｋａｇｅｓｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｆｉｖｅｒｏｕｎｄｓｉｎｔｗｏｔｒａｃｅｓａｒｅｅｎｏｕｇｈｔｏｒｅｃｏｖｅｒｔｈｅｆｕｌｌｋｅｙ．ＷｅａｌｓｏｓｈｏｗｔｈａｔＳＭＳ４ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｗｉｔｈｍａｓｋｉｎｇｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓｉｓａｌｓｏｖｕｌｎｅｒａｂｌｅ

8、ｔｏＡＳＣＡ．Ｉｎｋｎｏｗｎｐｌａｉｎｔｅｘｔｓｃｅｎａｒｉｏ，ｔｈｅＨＷｌｅａｋａｇｅｓｏｆ１４ｒｏｕｎｄｓｉｎｔｗｏｔｒａｃｅｓａｒｅｅｎｏｕｇｈｔｏｒｅｃｏｖｅｒｔｈｅｆｕｌｌｋｅｙ．Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅａｔｔａｃｋ，ａｎｅｒｒｏｒｔｏｌｅｒａｎｔＡＳＣＡｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＴｈｅｍａｔｅｒｋｅｙｏｆＳＭＳ４ｃａｎｂｅｒｅｃｏｖｅｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｌｅａｋａｇｅｓｏｆｔｈｅｆｉｒ