基于cache的边信道攻击可行性分析符号执行系统的设计与实现

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1、硕士学位论文DissertationforMaster’sDegree(工程硕士)(MasterofEngineering)基于cache的边信道攻击可行性分析符号执行系统的设计与实现DesignandImplementationofaSymbolicExecutionFrameworkforAssessingFeasibilityofCache-basedSideChannelsAttack孔云生LinköpingUniversityUnUniversity2015年9月国内图书分类号：TP311学校代码：10213国际图书分类号

2、：681密级：公开工程硕士学位论文DissertationforMaster’sDegree(工程硕士)(MasterofEngineering)基于cache的边信道攻击可行性分析符号执行系统的设计与实现DesignandImplementationofaSymbolicExecutionFrameworkforAssessingFeasibilityofCache-basedSideChannelsAttack硕士研究生：孔云生导师：刘曙副导师：KristianSandahl教授实习单位导师：AhmedRezine教授申请学位：

3、工程硕士学科：软件工程所在单位：软件学院答辩日期：2015年9月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP311U.D.C:681DissertationforMaster’sDegreeDesignandImplementationofaSymbolicExecutionFrameworkforAssessingFeasibilityofCache-basedSideChannelsAttackCandidate：YunshengKongSupervisor：ShuLiuAssociateSupervisor

4、:Prof.KristianSandahlIndustrialSupervisor:Prof.AhmedRezineAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SoftwareEngineeringAffiliation：SchoolofSoftwareDateofDefence：September,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近年来，基于高

5、速缓存的侧信道攻击对于计算机系统是一类新的严重的威胁。与基于物理特性的目标嵌入式加密设备侧信道攻击不同，基于高速缓存的侧信道攻击可以深度攻击通用系统。侧信道攻击是一类易于实施的攻击方法，并且我们可以通过从原始形态，用户协议和系统模块等几方面来攻击目标系统。这些攻击严重威胁到密码模块的安全。这些攻击很容易执行，并在大多数平台上是有效的，不需要特殊的工具和过多的计算。最近比较流行的攻击对AES加密密钥的攻击，所有的加密密钥可以通过基于对高速缓存命中率的测量来进行攻击。我们的工作是设计和实现一个基于缓存的侧信道攻击系统，通过应用Simpl

6、eScalar模拟器和符号执行（Klee）方法来模拟攻击的过程和评估攻击的可行性。首先我们应用SimpleScalar分析AES来计算缓存未命中率分析哪些密钥是容易被我们获取的。并通过Klee生成符号输入去计算高速缓存未命中率。由于Klee具有无限多个寄存器，并不能计算出缓存未命中率。所以我们最后的工作重点是放在如何将SimpleScalar生成的二进制代码强制翻译成Klee的翻译代码。本报告工作的主要贡献是设计和实施一个系统来模拟AES加密和解密的过程，然后计算出其高速缓存未命中率来分析哪些密钥是容易受到攻击。此外，我们对这种攻击

7、的可行性进行评估，并与其他高速缓存分析方法的可扩展性进行比较分析。这种方法同时可应用到对特定体系结构的计算机程序的缓存行为分析，更精确和有针对性的指出哪部分是容易受到攻击的。关键词：侧信道攻击，AES算法，基于缓存，符号执行，SimpleScalarI哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,Softwarecache-basedsidechannelattacksbecameaseriousnewclassofthreatsforcomputersystem.Unlikephysicalsidech

8、annelattacksthatmostlytargetembeddedcryptographicdevices,cache-basedsidechannelattackscanalsounderminegeneral-purpose