[發明專利]KLEIN加密AVR環境下抗timing和cache邊信道攻擊的快速保護方法

有效

• 申請號: 201410093165.8
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103873229B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 龔征;溫雅敏;周志榮
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 黃磊

1.KLEIN加密AVR環境下抗timing和cache邊信道攻擊的快速保護方法，其特征在于，包括下述步驟：

S1、4比特S盒Bitslicing方法：KLEIN的4比特置換盒是算法唯一的非線性處理步驟，用于將待加密數據轉換為比特格式，與輪密鑰逐比特異或后按照每4比特作為一個分組輸入KLEIN所選用的4比特S盒，該S盒的Bitslicing操作首先通過代數標準型轉換，將輸入4比特轉換為輸出4比特的布爾運算方程組，故轉換為4個布爾函數的形式；

S2、RotateNibbles步驟法：將S1步驟輸出的比特值再按照字節分組，合計8個字節，循環左移兩個字節，再輸出到下一步；由于該步驟基于字節進行運算，并且與數據比特值完全無關，因此不需要進行Bitslicing操作；

S3、MixNibbles步驟Bitslicing方法：MixNibbles步驟將S2步驟的輸出進行線性擴散操作，輸出為KLEIN輪函數最終輸出，將作為下一輪S1的輸入值，即首先將MixNibbles當中所用到的GF上的乘法運算均轉換為若干次查表運算與異或運算相結合的結果，基于該矩陣運算的特點，給出了每一個字節中逐比特運算的布爾函數表達式；

S4、針對KLEIN不同密鑰長度，重復步驟S1、S2、S3，直至獲取相應完整加密輸出值。

2.根據權利要求1所述的KLEIN加密AVR環境下抗timing和cache邊信道攻擊的快速保護方法，其特征在于，步驟S1中采用了基于讀取特性的操作優化，在原始操作中，每次產生一個比特的輸出后，再對下一個比特進行操作，需要重新讀取整個字節。

3.根據權利要求2所述的KLEIN加密AVR環境下抗timing和cache邊信道攻擊的快速保護方法，其特征在于，采用讀取優化方法是在讀取一個比特的數據后，進行相應的Bitslicing計算，然后在該比特數據寫回存儲器之前將所有與該字節變化相關的比特進行更新，減少數據字節重復讀取的次數。

4.根據權利要求1所述的KLEIN加密AVR環境下抗timing和cache邊信道攻擊的快速保護方法，其特征在于，針對S3步驟當中數據存儲操作頻繁，采用了基于存儲特性的操作優化，由于KLEIN加密分組為8字節，因此可以通過將加密輸入輸出數據在存儲器中集中排列的方式，由于AVR匯編中低位地址已經足夠訪問全部8字節空間，使得存儲的高位地址在存儲過程中不需要改變，減少Bitslicing操作中對數據進行存儲時對地址進行訪問的次數。

5.根據權利要求1所述的KLEIN加密AVR環境下抗timing和cache邊信道攻擊的快速保護方法，其特征在于步驟S1中，KLEIN的S盒的bitslicing實現如下：

y0=1+x0+x1+x0x2+x1x2+x0x1x2+x3+x1x3+x0x1x3

y1=1+x0+x2+x1x2+x3+x1x3+x0x1x3+x2x3

y2=1+x1+x2+x0x2+x1x2+x0x1x2+x0x3+x0x2x3+x1x2x3

y3=x1+x0x2+x3+x0x3+x0x1x3+x1x2x3

其中（x0,x1,x2,x3）和（y0,y1,y2,y3）分別為輸入值X和Y的從低到高4個比特。

6.根據權利要求1所述的KLEIN加密AVR環境下抗timing和cache邊信道攻擊的快速保護方法，其特征在于，步驟S3中，MixNibbles步驟的Bitslicing方法，將GF上的乘2轉換為字節布爾運算操作，再通過乘2運算構造其他元素的乘法運算。