[發明專利]一種面向側信道密碼能量泄漏信號的攻擊方法及系統

有效

• 申請號: 201910902511.5
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110460425B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 周新平;喬珂欣;王潔;張永峰;馬哲
• 申請（專利權）人: 北京銀聯金卡科技有限公司
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 滿靖

1.一種面向側信道密碼能量泄漏信號的攻擊方法，其特征在于，所述方法包括：

采集能量泄漏信號，選擇能量模型及要攻擊的中間值；

建立假設能量消耗矩陣并利用子密鑰猜測將能量數據分類，得到分類結果，包括：選取密鑰猜測值和明文數據，根據所述密鑰猜測值和所述明文數據建立假設能量消耗矩陣；

計算復雜度：；

其中，N為能量泄漏曲線的條數，Q為示波器的采樣精度，BS為分組密碼的分組長度，T為每條能量泄漏曲線所包括的采樣點數；其中，所述能量數據為所述能量泄漏曲線上的時間點所對應的數據；

根據原始能量曲線上的時間點t，從能量泄漏曲線P取第t列，具體的從能量泄漏曲線取第t列的采樣P[:][t]；

從所述假設能量消耗矩陣中取每個猜測子密鑰對應的行；

根據所述第t列和所述猜測子密鑰對應的行對所述能量數據進行分類，得到所述分類結果，包括：對原始能量曲線上的時間點t，從能量泄漏曲線取第t列的采樣P[:][t]；從假設能量消耗矩陣HP[g][i]中取每個密鑰猜測值g對應的行HP[g][:]，根據HP[g][:]對P[:][t]進行分類，得到z類，分類結果為P_z；

在根據假設能量消耗矩陣HP的采樣P[:][t]對能量數據分類后，利用檢驗工具Anderson?Darling對所述分類結果和原始能量曲線進行數據處理，得到統計值，包括：將分類結果P_z分別與P[:][t]合并得到序列Y；

分別將每個分類結果與P[:][t]合并，利用下式求解出若干統計值st[i]：

其中，求解每個統計值st[i]；其中，Y_t代表序列Y中小于等于第t個元素的元素個數，s代表劃分的類別的元素個數；i為類別個數，重復計算后得到每個類別的統計值，N為能量泄漏曲線條數；

對每類統計值求和后求均值，得到每個猜測子密鑰在時間點的區分器值：具體的，將均值賦值給當前密鑰猜測值g在當前位置t的區分器值，

ds[g][t]是st的平均值，st為統計值；

判斷是否對所有猜測子密鑰遍歷：若是則判斷是否在所有時間點上對所述能量數據遍歷，若所述能量數據未在所有時間點上遍歷，則在未遍歷的時間點上對能量數據分類；若未對所有所述猜測子密鑰遍歷完成，則對未遍歷的猜測子密鑰進行所述能量數據分類；

若所有時間點上對所述能量數據遍歷完成，從若干所述區分器值中選擇最大區分器值，其對應的橫坐標為子密鑰；

對所述子密鑰和真實密鑰進行比較以判斷密碼設備是否安全。

2.根據權利要求1所述的面向側信道密碼能量泄漏信號的攻擊方法，其特征在于，所述采集能量泄漏信號，包括：

每次采集時產生一隨機數據，對所述隨機數據進行加密或解密，對加密或解密時產生的能量泄漏曲線進行采集；

重復采集動作，采集到的能量泄漏矩陣為所述能量泄漏信號；

其中，所述能量泄漏信號包含多條能量泄漏曲線，每條所述能量泄漏曲線由正整數個時間點組成。

3.根據權利要求2所述的面向側信道密碼能量泄漏信號的攻擊方法，其特征在于，所述對所述子密鑰和真實密鑰進行比較以判斷密碼設備是否安全，包括：

將所述子密鑰與真實密鑰作對比以判斷此次攻擊過程中在所述能量泄漏矩陣下是否成功攻擊出真實密鑰。

4.一種面向側信道密碼能量泄漏信號的攻擊系統，能夠實現如權利要求1-3所述的任一種面向側信道密碼能量泄漏信號的攻擊方法，其特征在于，包括：

信號采集及能量模型選擇單元，用于采集能量泄漏信號，選擇能量模型，選擇要攻擊的中間值；每次采集時產生一隨機數據，對所述隨機數據進行加密或解密，對加密或解密時產生的能量泄漏曲線進行采集；重復采集動作，采集到的能量泄漏矩陣為所述能量泄漏信號；其中，所述能量泄漏信號包含多條能量泄漏曲線，每條所述能量泄漏曲線由正整數個時間點組成；

分類單元，用于建立假設能量消耗矩陣并利用子密鑰猜測將能量數據分類，得到分類結果；具體用于選取并根據猜測子密鑰和明文數據建立假設能量消耗矩陣；根據所述假設能量消耗矩陣對能量數據分類，得到所述分類結果；其中，所述能量數據為，所述信號采集及能量模型選擇單元獲取的所述能量泄漏曲線上的時間點所對應的數據；所述分類單元包括，列獲取子單元，用于根據所述原始能量曲線上的時間點t，從能量泄漏曲線P取第t列，具體的從能量泄漏曲線取第t列的采樣P[:][t]；具體的，對原始能量曲線上的時間點t，從能量泄漏曲線取第t列的采樣P[:][t]；從HP[g][i]中取每個密鑰猜測值g對應的行HP[g][:]；根據HP[g][:]對P[:][t]進行分類；合并分結果和P[:][t]得到序列Y；

行獲取子單元，用于從所述假設能量消耗矩陣中取每個所述猜測子密鑰對應的行；

分類結果獲取子單元，用于根據所述列獲取子單元獲取的第t列和行獲取子單元獲取的所述猜測子密鑰對應的行對所述能量數據進行分類，得到所述分類結果，具體的，根據假設能量消耗矩陣HP的采樣P[:][t]對能量數據分類；

統計值獲取單元，用于利用AD對所述分類單元得到的分類結果和原始能量曲線進行數據處理，得到統計值；具體的，通過AD獲取每個所述分類結果，將每個所述分類結果與所述原始能量曲線進行計算，得到統計值；其中，每個分類結果和其在原始能量曲線對應列進行求解時得到的結果為所述統計值；

區分器值獲取單元，用于對所述統計值獲取單元獲取的統計值求均值，得到猜測子密鑰在時間點的區分器值；具體的，對每個猜測子密鑰進行能量數據分類，根據其對應的分類結果分別獲取每類統計值；對所述每類統計值求均值，得到每個猜測子密鑰在時間點的所述區分器值；

遍歷判斷單元，用于判斷是否對所有猜測子密鑰遍歷，若是則判斷是否在所有時間點上對所述能量數據遍歷，若否則對未遍歷的猜測子密鑰進行能量數據分類；還用于，若猜測子密鑰中未在所有時間點遍歷，則在未遍歷的時間點上對能量數據分類；

子密鑰獲取單元，用于若遍歷判斷單元判斷遍歷完成，則從所述區分器值獲取單元獲取的若干所述區分器值中選擇最大區分器值，其對應的橫坐標為子密鑰；

安全性判斷單元，用于對所述子密鑰獲取單元獲取的子密鑰和真實密鑰進行比較以判斷此次攻擊過程中在所述能量泄漏矩陣下是否成功攻擊出真實密鑰，若否則判斷密碼設備安全。