5、缓存存储攻击与AES类密码算法中ShiftRows操作分析

perl8

于 2025-09-11 14:37:32 发布

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分类专栏： CT-RSA 2015密码学精粹文章标签：缓存存储攻击 AES ShiftRows

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在计算机安全领域，缓存存储攻击是一种新兴的隐蔽通道攻击方式。传统的隐蔽定时通道存在固有的噪声问题，而这种基于数据缓存每行特权级位的数据填充，并随后在这些行上实施特权分离的隐蔽存储通道，具有独特的特点。

它相较于传统的隐蔽定时通道更易于利用，因为它不依赖于启发式的定时。不过，由于攻击者在使用该通道时会触发处理器异常，所以相对更容易被检测到。但从本质上来说，特权级位的值并非用于携带数据，因此它完全符合隐蔽通道的定义。

缓存存储攻击与缓存定时攻击存在一定关联。缓存存储攻击可以为缓存定时攻击构建无误差的边信道跟踪。在针对AES加密算法的缓存存储攻击中，虽然它与缓存定时攻击类似，但实验结果表明，它需要更多的查询次数。这种攻击最终会导致AES密钥在特权级别之间泄露，这显然违反了系统的安全策略。

值得注意的是，缓存存储攻击与ARM的TrustZone技术存在映射关系。执行缓存存储攻击所需的指令和命令在NS = 1的用户空间中几乎不可用，所以攻击通常是从NS = 1的内核空间（如Android系统）向NS = 0的安全空间（如可信执行环境TEE）发起的。

为了应对缓存存储攻击，芯片制造商应在NS = 1模式下禁用相关指令，或者至少默认禁用，但允许从NS = 0通过软件配置来启用这些指令。

以下是一个简单的流程图，展示缓存存储攻击的基本流程：

graph TD;
    A[攻击者准备] --> B[触发处理器异常利用隐蔽通道];
    B --> C[构建边信道跟