12、模板攻击与SHA-3输入重建

模板攻击与SHA-3输入重建

1. 引言

在现代密码学中，SHA-3作为一种先进的哈希函数，广泛应用于各种安全协议和系统中。然而，侧信道攻击（SCA）作为一种物理攻击手段，通过分析设备的功耗、电磁辐射等物理特性，能够揭示加密算法的秘密信息。模板攻击（Template Attack, TA）是侧信道攻击的一种，它通过构建模板来分析和推测加密算法的内部状态。本文将详细介绍如何利用模板攻击重建SHA-3哈希函数的输入。

2. 模板攻击简介

模板攻击是一种基于统计分析的侧信道攻击方法，它通过预先构建的模板来推测目标设备在处理特定输入时的行为。模板攻击的基本原理是：

1. 构建模板 ：在已知输入和输出的情况下，通过多次实验，记录目标设备的功耗或其他物理特性，形成模板。
2. 匹配模板 ：在实际攻击中，通过对比目标设备的功耗曲线与预先构建的模板，推测出目标设备处理的输入。

模板攻击的关键在于构建高质量的模板，这些模板能够准确反映目标设备在处理不同输入时的物理特性变化。

3. SHA-3算法概述

SHA-3是基于Keccak算法的哈希函数，它通过一系列复杂的置换操作（Permutation）来处理输入数据。Keccak算法的核心是Keccak-f[1600]置换，该置换由多个轮次组成，每个轮次包含五个步骤：θ、ρ、π、χ和ι。这些步骤共同作用，使得SHA-3具备高度的安全性。

表1: SHA-3算法的置换步骤