19、异步电路与随机数生成器的安全评估与设计

异步电路与随机数生成器的安全评估与设计

在当今数字化的时代，电路安全和随机数生成在众多领域都有着至关重要的作用。本文将深入探讨异步电路的安全评估以及基于数字电路伪像的真随机数生成器的设计与实现。

异步电路的安全评估

攻击方式分析

• 晶体管攻击 ：最初考虑的攻击方式是暴露大量晶体管，强制所有门输出为逻辑 0。通过确保两个触发器朝相同方向解析，寄存器最终状态总是代表故障（空或错误）。尝试针对并修改单个触发器也总是会导致故障状态。成功的攻击需要对故障注入过程有更强的控制，例如暴露两个触发器，然后将激光点从最下方的或非门移开，就可以写入有效的数据值。独立且同时控制单个晶体管也为将寄存器设置为特定值提供了可能。
• 电源毛刺攻击 ：电源毛刺可用于进行粗略的故障注入。对 SC - XAP 的测试表明，它能抵抗短时间的 Vcc 毛刺（降至地轨再恢复）。对于长时间的毛刺，会观察到处理器出现故障行为，这可能为 DES 或 RSA 等加密算法的密码分析创造有利条件。通过在不同时间注入电源毛刺，能够使小程序的特定部分出现故障。例如，若要针对 Op1 指令的加载操作，可以同步程序，在该时刻切断电源，几十纳秒后恢复，使程序正常执行恢复。毛刺的影响可通过处理器的功耗来监测，类似于差分功耗分析。

以下是电源毛刺攻击的操作步骤：
1. 确定要攻击的指令，如 Op1 指令的加载操作。
2. 同步程序，在该指令执行时刻切断电源。
3. 几十纳秒后恢复电源，使程序正常执行恢复。
4. 通过监测处理器的功耗来观察毛刺的影响。