38、密码学中的侧信道分析与应对策略

密码学中的侧信道分析与应对策略

侧信道分析基础

侧信道分析近年来成为了保护硬件和系统中敏感信息的重大威胁。已被发现的侧信道包括定时、微架构异常、功耗、电磁辐射、光学和声学泄漏等。这些侧信道被用于破解软件和硬件中主要加密算法的实现，如 DES、AES、RSA 等，还可直接从外设提取信息。同时，也开发出了多种侧信道分析技术，如简单功率/电磁分析（SPA/SEMA）、差分功率/电磁分析（DPA/DEMA）等。

定位算法

通过分析功耗可以定位算法。以操作密文第一个字节时集合 S0 和 S1 的功耗为例，在 DPA 轨迹中会出现峰值。DPA 峰值可用于追踪用于选择的位，每次该位被操作时，就会出现 DPA 峰值。通过这种方式，可以确定密文在功率轨迹中的操作位置，进而推断出加密算法在功率轨迹中的大致位置。

对 AES 实现的攻击

DPA 可用于恢复秘密信息。对于 AES 加密算法，攻击者可以通过以下步骤恢复密钥字节：
1. 对密钥字节进行猜测（每个字节有 256 种可能值）。
2. 将 t 个随机 128 位消息划分为两个集合 S0 和 S1。
- (S0 = { mi | bit1(SRD(s(i) {u,v})) = 0 })
- (S1 = { mi | bit1(SRD(s(i) {u,v})) = 1 })
其中 (bit1(SRD(s(i) {u,v}))) 表示字节 (SRD(s(i) {u,v})) 的第一位。
3. 计算相应的 DPA 轨迹 (\Delta P(t) := \langle CP(t) \rangle_{S1}