[發明專利]一種移動便攜式側信道采集測試設備及其控制方法

有效

• 申請號: 201810753252.X
• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN109150491B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 唐明;郭志鵬;楊芳斐;劉樹波
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;劉琰

本發明公開了一種移動便攜式側信道采集測試設備及其控制方法，該設備包括：功耗采集目標開發板，用于實現加密和解密，并輸出原始瞬時功耗；曲線預處理模塊，用于對原始瞬時功耗進行預處理；采集板，將曲線預處理后的功耗數據與給定電壓閾值進行比較，輸出二值信號，并通過閾值壓縮法進行累加計數，將該工作周期內的功耗數據轉換為功耗壓縮值，對其進行存儲，并根據各個工作周期的功耗壓縮值繪制功耗曲線；分析板，用于設置測試時的給定電壓閾值，接收采集板發送的功耗曲線，并對其進行差分能量分析。本發明在采集數據階大幅壓縮功耗數據，并且不依賴于傳統方法的示波器和PC機，可有高效地進行側信道分析，具有輕量便攜，成本低廉等特點。

技術領域

本發明涉及密碼安全技術領域，尤其涉及一種移動便攜式側信道采集測試設備及其控制方法。

背景技術

側信道攻擊是指利用電路工作過程中的各種側信道泄露信息，如：能耗、時間、故障、電磁輻射等，通過建立這些泄露信息與密碼算法關鍵信息(如密鑰)間的聯系，實現對秘密信息的提取。針對密碼芯片或加密設備硬件電路的側信道攻擊(Side Channel Attack,SCA)，目前已成為密碼算法硬件形式的主要威脅。

為了保護密碼設備的安全性，不同組織已經研制了側信道分析設備用于密碼系統的安全性測試。傳統側信道數據采集設備由電源、高頻數字示波器、PC 機、目標密碼芯片組成，采集數據通過網絡交付給服務器進行分析。這種方式高頻示波器進行功耗采集，數據量較大，不利于后續的存儲和計算分析。目前有些壓縮算法被應用于解決數據量過大的問題，它們通過降維等方法及對采集后樣本進行壓縮，但是都依賴于示波器數據，沒有減少原始采集的數據量；并且壓縮算法的處理能力和數據維度有關，在處理高維數據時會出現計算困難。

本發明以降低功耗分析采集階段數據量和側信道分析設備輕量化為目標，在功耗數據采集階段，使用閾值電壓，將密碼芯片一個工作周期內高于閾值電壓的時長量化為一個功耗值，進而大幅壓縮采集數據。同時本設備用簡單的設備實現了壓縮采集功能，并利用采集到的數據進行本地的差分能量分析，降低了側信道采集分析設備的成本和體積。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中側信道分析設備采用數字示波器采集數據量過大以及由此帶來的設備復雜成本高昂等缺陷，提供一種移動便攜式側信道采集測試設備及其控制方法，該設備不僅能在數據采集階段降低數據量，而且能夠在本地進行存儲和側信道分析，設備輕量便攜，降低了測試成本。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種移動便攜式側信道采集測試設備，該設備包括依次相連的功耗采集目標開發板、曲線預處理模塊、采集板和分析板，其中：

功耗采集目標開發板，用于實現加密和解密，并輸出原始瞬時功耗；

曲線預處理模塊，用于對原始瞬時功耗進行預處理，包括信號放大、濾波和偏置處理，得到曲線預處理后的功耗數據；

采集板，用于在每個工作周期內，將曲線預處理后的功耗數據與給定電壓閾值進行比較，輸出二值信號，并通過閾值壓縮法進行累加計數，將該工作周期內的功耗數據轉換為功耗壓縮值，對其進行存儲，并根據各個工作周期的功耗壓縮值繪制功耗曲線；

分析板，用于設置測試時的給定電壓閾值，接收采集板發送的功耗曲線，并對其進行差分能量分析。

進一步地，本發明的功耗采集目標開發板包括密碼芯片、功耗測量端口、 Trigger信號控制端口，其中：

密碼芯片，用于在測試設備運行測試過程中，通過USB連接分析板，接收分析板的數據作為輸入，運行密碼算法；

功耗測量端口，測量設備通過該端口讀取功耗采集目標開發板的原始瞬時功耗；