[發明專利]交換網絡和跳轉算法指令化的側信道攻擊抵抗方法及系統

有效

• 申請號: 202110818469.6
• 申請日: 2021-07-20
• 公開（公告）號: CN113541922B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 周佳運;王偉嘉;郭淳;張曉寒
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L9/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明公開了交換網絡和跳轉算法指令化的側信道攻擊抵抗方法及系統，在N個待保護代碼段運行前，基于隨機數和Switching networks交換網絡算法，將CPU的N個寄存器里的值隨機打亂；所述隨機數，是基于LFSR算法產生的；在N個待保護代碼段運行時，基于初始地址、已經被打亂值的N個寄存器和待保護代碼段的指令條數，采用隨機跳轉算法，將CPU運行地址隨機跳轉到一個待保護代碼段的入口地址繼續執行；經過Switching networks交換網絡算法的多次隨機打亂和隨機跳轉算法的多次隨機跳轉，混淆產生的側信息，以實現抗側信道攻擊。通過產生隨機數來減弱，混淆側信息來抵抗側信道攻擊。

技術領域

本發明涉及側信道攻擊抵抗技術領域，特別是涉及交換網絡和跳轉算法指令化的側信道攻擊抵抗方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提到了與本發明相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

側信道攻擊(Side Channel Attack)又稱側信道密碼分析，由美國密碼學家P.C.Kocher于上世紀九十年代末期提出，是一種針對密碼實現(包括密碼芯片、密碼模塊、密碼系統等)的攻擊方法。側信道攻擊所用的側信息(Side Channel Information)指除了攻擊者通過除主通信信道以外的途徑獲取到的關于密碼實現運行狀態相關的信息，典型的側信息包括密碼實現運行過程中的能量消耗、電磁輻射、運行時間等信息。

側信道攻擊本質是利用密碼實現運行過程中產生的依賴于密鑰的側信息來實施密鑰恢復攻擊的，因此防御對策的核心就是減弱甚至消除這種側信息與數據之間的直接依賴性。

側信道攻擊常見防御對策可以分為掩碼對策和隱藏對策兩種。

掩碼對策借助秘密共享和多方安全計算，通過引入隨機數來消除側信息與數據的依賴性來增強抵抗側信道攻擊的能力；掩碼對策易于在密碼算法級進行構造，更易于實現，但除了密鑰之外還需要很多隨機數，并且隨機數生成代價過高。

隱藏對策采用平均化“0”和“1”對應側信息的差別來降低通過側信息區分對應數據的可能性，即降低數據的可區分度來抵抗側信道攻擊。隱藏對策通常只能在硬件層進行實現，需要改變硬件實現結構，因而較難實現。而且隱藏對策對硬件進行干預，如果攻擊者知道了具體的干預方法，就可以有針對性的進行破解。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了交換網絡和跳轉算法指令化的側信道攻擊抵抗方法及系統；通過產生隨機數來減弱，混淆側信息來抵抗側信道攻擊。

第一方面，本發明提供了交換網絡和跳轉算法指令化的側信道攻擊抵抗方法；

交換網絡和跳轉算法指令化的側信道攻擊抵抗方法，包括：

在N個待保護代碼段運行前，基于隨機數和Switching networks交換網絡算法，將CPU的N個寄存器里的值隨機打亂；所述隨機數，是基于LFSR算法產生的；

在N個待保護代碼段運行時，基于初始地址、已經被打亂值的N個寄存器和待保護代碼段的指令條數，采用隨機跳轉算法，將CPU運行地址隨機跳轉到一個待保護代碼段的入口地址繼續執行；

經過Switching networks交換網絡算法的多次隨機打亂和隨機跳轉算法的多次隨機跳轉，混淆產生的側信息，以實現抗側信道攻擊。

第二方面，本發明提供了交換網絡和跳轉算法指令化的側信道攻擊抵抗系統；

交換網絡和跳轉算法指令化的側信道攻擊抵抗系統，包括：

隨機打亂模塊，其被配置為：在N個待保護代碼段運行前，基于隨機數和Switchingnetworks交換網絡算法，將CPU的N個寄存器里的值隨機打亂；所述隨機數，是基于LFSR算法產生的；