基于Walsh谱变换的S盒算法.pdf

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1、第40卷第7期计算机工程2014年7月、，o1．40No．7ComputerEngineeringJuly2014·专栏·文章编号：1000．3428(2014)07．0018-05文献标识码：A中图分类号：TP309基于Walsh谱变换的S盒算法孙慧盈la,lb,2陆继承，魏长征，俞军la,lb,2(1．复旦大学a．专用集成电路与系统国家重点实验室；b．微电子学院，上海200433；2．上海复旦微电子集团股份有限公司，上海200433)摘要：针对一阶差分功耗分析(DPA)攻击问题，借鉴现有的频谱变换s盒防护方法，利

2、用Walsh谱变换的单比特输出特性，并运用Walsh谱变换与构造相应掩码变量，提出一种基于Walsh谱变换的安全s盒算法。阐述算法的具体实现过程，分析所有敏感数据的掩码安全性。以数据加密标准算法为例，描述该算法在实际应用中的具体实现。通过50万条功耗曲线的DPA攻击进行实验，结果表明，与基于傅里叶变换的s盒算法相比，该算法在保证安全性的同时，可避免复杂的算术掩码操作。关键词：旁路分析；S盒；差分功耗分析；傅里叶变换；Walsh谱变换；掩码；数据加密标准S-boxAlgorithmBased0nWalshSpectru

3、mTransformSUNHui—ying，，一，LUJi—cheng，WEIChang—zheng，YUJun，，(1a．StateKeyLabofASIC&System；lb．SchoolofMicroelectronics，FudanUniversity，Shanghai200433，China；2．ShanghaiFudanMicroelectronicsGroupCo．，Ltd．，Shanghai200433，China)[Abstract]Inheritingideasofspectrumconversi

4、on，thispapertakesadvantageofone—bitoutputpropertyofWalshspectrumtransformtoproposeasecureS-boxalgorithmagainstfirst—orderDifferentialPowerAnalysis(DPA)，thealgorithmisactuallyachievedbyapplicationofWalshspecmntransformandconstructionofpropermaskvariables．Givenel

5、aborationofimplementation，thepapertheoreticallyprovesthealgorithm’ssecuritywithmaskanalysisofallsensitivevariables．Thealgorithm’Sprovablysimpleenoughwithsomesimplificationsusedinmoduleoperation．IncaseofDataEncryptionStandard(DES)，thispaperintroducesitsapplicati

6、oninrealityanddemonstratesitsstrongsecuritybyaDPAexperimentof500000randomplaintexts，resultsshowthat，comparedwithS-boxalgorithmbasedonFouriertransform，thealgorithmpreventscomplicatedarithmeticmasksuccessfullywithstrongsecurityguaranteedmeanwhile．【Keywords】SideCh

7、annelAnalysis(SCA)；S-box；DifferentialPowerAnalysis(DPA)；Fouriertransform；Walshspectrumtransform；mask；DataEncryptionStandard(DES)DOI：10．3969／j．issn．1000—3428．2014．07．004重点。一种常见的思路是对加密系统中的敏感数据进行掩码(mask)操作_3_，减小敏感数据与旁路功耗信息之间的相1996年，Kocher提出利用加密算法系统中泄露的旁路关性，降低攻击的可能

8、性。Prouff等人于2006年提出的利信息进行攻击破解，该技术称为旁路分析(SideChannel用傅里叶变换实现安全S盒的方案[]影响较大，提出的Analysis，SCA)技术f1]。在后来提出的各类SCA技术中，由S盒算法公式如下：Kocher于1996年提出的差分功耗分析(DifferentialPower(一1)【椭R2)尼．F()+