[發明專利]一種抗功耗攻擊的安全可重構架構

有效

• 申請號: 201710373272.X
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107203487B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 曹鵬;申艾麟;吳江平;楊軍;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F15/78
• 分類號: G06F15/78
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

1.一種抗功耗攻擊的安全可重構架構，其特征在于：包括多行可重構陣列運算行、行控制器、通用寄存器堆、寄存器、輸入緩存、輸出緩存、可重構查找表、第一多路數據選擇器、秘密分享安全防護模塊和數據通路動態重構安全防護模塊；

其中，可重構陣列運算行包括算術邏輯單元、數據置換網絡、數據載入單元和數據輸出單元；秘密分享安全防護模塊包括第二多路數據選擇器、異或操作模塊、第一數據緩存模塊、第二數據緩存模塊和第一隨機數發生器；第一數據緩存模塊寫使能有效，數據輸出單元將線性變換結果寫入第一數據緩存模塊中，第二數據緩存模塊寫使能有效，將第一數據緩存模塊中的數據寫入第二數據緩存模塊中；數據通路動態重構安全防護模塊包括第三多路數據選擇器、第四多路數據選擇器、第二隨機數發生器、第三隨機數發生器、第一延時數據通路和第二延時數據通路；其中，所有可重構陣列運算行共用一個可重構查找表，可重構陣列運算行通過通用寄存器堆進行數據存儲、讀取和傳遞，相鄰兩行可重構陣列運算行之間通過數據載入單元、寄存器以及數據輸出單元相連，數據載入單元與輸入緩存、通用寄存器堆、上一行可重構陣列運算行的輸出、可重構查找表以及第一隨機數發生器相連，數據輸出單元與輸出緩存、通用寄存器堆、下一行可重構陣列運算行的輸入以及第一數據緩存模塊相連，最后一行可重構陣列運算行通過數據輸出單元、寄存器與第一行可重構陣列運算行的數據載入單元相連，行控制器用于控制數據置換網絡進行密碼算法中的移位操作以及控制算術邏輯單元進行算術邏輯操作，第一多路數據選擇器用于決定可重構查找表的查表地址，第二多路數據選擇器用于決定第一數據緩存模塊中數據的來源，第三多路數據選擇器用于決定可重構查找表查表前數據通路的長短，第四多路數據選擇器用于決定可重構查找表查表后數據通路的長短，第一延時數據通路用于動態改變可重構查找表查表前數據通路的長短，破壞功耗攻擊中查表前功耗跡的對齊，第二延時數據通路用于動態改變可重構查找表查表后數據通路的長短，破壞功耗攻擊中查表后功耗跡的對齊。

2.根據權利要求1所述的抗功耗攻擊的安全可重構架構，其特征在于：一個可重構陣列運算行中的數據載入單元和數據輸出單元均有n+1個，n的取值范圍為大于等于2的正整數，其中，第一個數據載入單元用于讀取通用寄存器堆、上一行可重構陣列運算行的輸出或可重構查找表的數據，第二個數據載入單元用于讀取輸入緩存或上一行可重構陣列運算行的輸出，第n+1個數據載入單元用于讀取第一隨機數發生器或上一行可重構陣列運算行的輸出，其它數據載入單元用于讀取上一行可重構陣列運算行的輸出；

第一個數據輸出單元用于輸出數據至輸出緩存、通用寄存器堆或下一行可重構陣列運算行，第n+1個數據輸出單元用于輸出數據至第一數據緩存模塊或下一行可重構陣列運算行，其它數據輸出單元用于輸出數據至下一行可重構陣列運算行。

3.根據權利要求1所述的抗功耗攻擊的安全可重構架構，其特征在于：所述第一延時數據通路包括偶數個反相器鏈，反相器鏈的有效長度由第二隨機數發生器決定；所述第二延時數據通路也包括偶數個反相器鏈，反相器鏈的有效長度由第三隨機數發生器決定。

4.根據權利要求1所述的抗功耗攻擊的安全可重構架構，其特征在于：所述秘密分享安全防護模塊的秘密分享安全機制包括以下步驟：

S1：可重構查找表查表輸出；

S2：將查表結果與第一隨機數發生器產生的隨機數相異或，異或得到的結果和隨機數一起被讀入可重構陣列運算行；

S3：對隨機數進行線性變換，該線性變換為本次查表后到下一次查表前經過的線性變換；隨機數線性變換執行完畢后進行步驟S4；

S4：第一數據緩存模塊寫使能有效，數據輸出單元將線性變換結果寫入第一數據緩存模塊中；所有數據S盒查表操作執行完畢后進行步驟S5；

S5：第二數據緩存模塊寫使能有效，將第一數據緩存模塊中的數據寫入第二數據緩存模塊中；

S6：等待下一張數據流圖開始執行；

S7：數據載入單元從通用寄存器堆中讀入上一張數據流圖的計算結果，S盒查表前和第二數據緩存模塊中的數據相異或得到真實的查表地址。

5.根據權利要求4所述的抗功耗攻擊的安全可重構架構，其特征在于：所述秘密分享安全防護模塊的秘密分享安全機制通過配置可重構陣列運算行中閑置的數據移位網絡和算術邏輯單元實現。

6.根據權利要求5所述的抗功耗攻擊的安全可重構架構，其特征在于：只切換數據流圖間不同的配置信息，不切換相同的配置信息。