硕士论文-抗功耗分析攻击逻辑的研究与实现

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1、分类号型窆!：婴33112UDC工学硕士学位论文学号04060016密级公珏抗功耗分析攻击逻辑的研究与实现硕士生姓名石伟学科专业计算机科学与技术研究方向计算机系统结构指导教师戴葵副教授国防科学技术大学研究生院二oo六年十一月国防科技大学研究生院学位论文摘要传统的密码分析主要是针对密码算法自身的安全性进行攻击。近年来，出现了～种新的密码分析方法一旁路攻击。当密码模块进行密码运算时，密码模块的运算时间、功耗和电磁场等旁路信息与密码模块中密钥有一定的相关性。旁路攻击是对上述旁路信息进行分析从而获得密码

2、算法的密钥的一种密码分析技术。其中功耗分析攻击是一种非常有效的旁路攻击技术，它能够通过对密码模块的功耗行为进行分析来获取密钥值。现在的集成电路一般采用静态互补CMOS逻辑实现。静态互补CMOS逻辑电路的功耗行为依赖于电路处理的数据，这种功耗与运算数据的相关性是旁路信息泄露的根本原因。旁路信息泄露对于普通的电路模块没有影响，但是对密码模块等安全应用产生了巨大的威胁。因此在设计密码模块时，需要采用各种防护技术使其具有抗功耗分析攻击的能力。人们已经从算法与硬件等角度提出了多种旁路攻击防护技术。～种典型

3、的硬件防护技术是采用具有特殊结构的逻辑门来设计实现密码模块。这种防护技术主要是用抗功耗分析攻击逻辑来设计实现密码模块，从而达到抗功耗分析攻击的目的。本文对抗功耗分析攻击逻辑进行了研究与实现。SABL与DDCVSL是两种典型的抗功耗分析攻击逻辑。本文首先在SMIC0．18ttm工艺下，采用一种全定制设计流程设计实现了两种抗功耗分析攻击标准单元库，然后利用抗功耗分析攻击标准单元库设计实现了抗功耗分析攻击的密码模块。但是由于传统的半定制设计流程与抗功耗分析攻击逻辑不兼容，必须对传统的半定制设计流程进行

4、修改。本文给出了一种改进的半定制设计流程。一般情况下，认为SABL逻辑优于DDCVSL逻辑。本文对这两种逻辑进行了比较分析。本文主要对各种逻辑的功耗泄露的旁路信息量多少进行比较；同时，我们还考虑了逻辑的功耗、电路复杂性等参数。两种逻辑的所有比较参数都是通过对逻辑单元的门级网表进行SPICE仿真得到的。比较结果表明，随着制造工艺的发展，DDCVsL比SABL将更适合用于密码模块的设计实现。总之，本文的主要目的是阐述怎样设计实现抗功耗分析攻击的标准单元库，并采用一种改进的半定制设计流程，设计实现了抗

5、功耗分析攻击的密码模块；本文还通过对两种抗功耗分析攻击逻辑的比较，分析了制造工艺对抗功耗分析攻击逻辑的影响。关键词：旁路攻击，功耗分析，动态双轨逻辑，动态差分串联电压开关逻辑，灵敏放大器型逻辑，标准单元，设计流程，制造工艺第i页国防科技大学研究生院学位论文ABSTRACTThetraditionalcryptanalysisisaimedatthesecurityofthecryptol蓼'aphicalgorithmitself．However,anewtechniquewhichiscall

6、edside．channelattackisintroducedrecently．Whilethesecretkeyinthecryptographiemoduleisprocessed．someside—channelinformationsuchaSthecomputationtime．thepowerconsumptionandtheelectromagneticemanationofacrypto蓼aphicmoduleleaksinformationaboutthesecretkey．

7、Theside-channelattackswillfindthesecretkeysbyanalyzingtheside—channelinformation．Power-anMysis@A)attackisoneofthemostpowerfulside-channelattacktechniquesagainstcryptographicmodules．Insucha11attack，thepowerconsumptionofacryptographicmoduleisanalyzedto

8、revealthesecretkeythatiSusedinsidethemodule．Today，thestaticcomplementaryCMOSlogicstyleiswidelyusedtobuildintegratedcircuits．111epowerconsumedbyCMOScircuitsdependsonthedatabeingprocessedbythecircuits．nlccorrelationbetweenpowerconsumptionandthedatabein