若干實際密碼系統(tǒng)的功耗分析方法研究和實驗驗證.pdf

1、信息安全的核心是密碼技術(shù)，其數(shù)學(xué)分析代價通常能夠決定密碼算法的安全性。然而當(dāng)密碼技術(shù)應(yīng)用在實際領(lǐng)域中時，通常使用密碼芯片來實現(xiàn)密碼算法，所以密碼系統(tǒng)的安全性不僅僅與密碼算法本身相關(guān)，還會涉及到密碼芯片的硬件電路設(shè)計和算法的程序?qū)崿F(xiàn)等。旁路攻擊是信息安全領(lǐng)域的重要分支，它能夠結(jié)合密碼算法的實現(xiàn)特征和算法在電路執(zhí)行所泄露的旁路信息來實施攻擊。在旁路攻擊中，功耗分析攻擊威脅性最大而且容易實施，得到研究者的廣泛關(guān)注。功耗分析能夠基于統(tǒng)計學(xué)原理建

2、立真實功耗與假設(shè)密鑰的之間聯(lián)系，從而顯著縮小密鑰的搜索空間，能夠在相當(dāng)短的時間內(nèi)恢復(fù)出密鑰信息。
　　本文將基于功耗分析原理對3G標(biāo)準(zhǔn)中的MILENAGE認(rèn)證算法和HMAC相關(guān)的SM3算法等若干實際密碼系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出相應(yīng)的分析方法并進(jìn)行了實驗驗證。其中3G是覆蓋全球范圍的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，它的安全性是網(wǎng)絡(luò)能夠正常服務(wù)、運轉(zhuǎn)和管理的基礎(chǔ)，同時也會關(guān)系到用戶和運營商的數(shù)據(jù)隱私和信息安全。最終3G標(biāo)準(zhǔn)沒有延續(xù)使用2G中的COMP128

3、-1算法，而是選擇了MILENAGE雙向認(rèn)證算法，該算法同時運行在USIM側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)，利用挑戰(zhàn)/響應(yīng)機(jī)制和內(nèi)置運營商參數(shù)的方式大幅度提高了通信過程的安全性；另一方面，國家密碼管理局于2010年發(fā)布了SM3密碼哈希算法，在商用密碼領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。SM3算法可以作為HMAC的哈希函數(shù)，用于計算消息認(rèn)證碼，從而可以驗證通信雙方傳輸消息的完整性。
　　研究現(xiàn)狀表明，尚無研究機(jī)構(gòu)對MILENAGE認(rèn)證算法提出相應(yīng)的功耗分析方法；在H

4、MAC方面，國外研究者針對HMAC-SHA2成功實施了旁路攻擊，但是對國密SM3算法的功耗分析研究還處于空白階段。本文的研究旨在填補(bǔ)以上若干密碼系統(tǒng)在功耗分析領(lǐng)域的研究空缺，能夠達(dá)到及時發(fā)現(xiàn)漏洞并研究防護(hù)對策的目的，從而增加產(chǎn)品的安全性，具有重要的應(yīng)用價值。其中對若干3G USIM卡的功耗分析實驗表明，攻擊者可以在30分鐘左右的時間內(nèi)成功恢復(fù)卡片內(nèi)部的所有秘密信息；對HMAC-SM3軟件實現(xiàn)的智能卡功耗分析研究中，可以成功恢復(fù)算法運行過