【摘要】：RSA密碼算法作為主流的公鑰加密和簽名算法,其安全性被工業(yè)界和學術界廣泛關注.RSA算法的安全性主要包括算法自身的不易破解性和密鑰的安全性兩個方面.而通過能量和時間隱通道來攻擊算法密鑰往往比破解RSA算法更為有效.現(xiàn)有的研究大多關注RSA算法軟件實現(xiàn)的安全性,并未深入探討硬件IP(Intellectual Property)核中的時間隱通道對安全性的影響;雖然有基于形式化驗證的方法對時間隱通道進行檢測和隔離,或者采用基于類型系統(tǒng)的方法從硬件設計語言的角度消除時間隱通道,但這些硬件方法都只能實現(xiàn)時間隱通道的定性分析,缺乏有效的模型對時間隱通道進行量化分析.文中針對上述兩個基本問題(硬件IP核與時間隱通道)開展研究.首先介紹了RSA時間隱通道的研究背景和硬件實現(xiàn)的威脅模型.然后引入基于信息熵的研究方法,分別建立了基于信息熵的時間隱通道攻擊模型和基于信息熵的時間隱通道量化分析模型.文中實驗對RSA密碼核進行基于信息熵的攻擊和基于方差的攻擊以評估信息熵攻擊的效果.同時,針對同一密碼核不同密鑰信息泄露進行量化分析;針對多種不同的RSA硬件架構(gòu)量化分析模冪優(yōu)化算法對時間隱通道信息泄露的影響;針對時間隱通道抵抗措施評估其減少時間隱通道信息泄露的作用;并通過攻擊相應RSA核密鑰以驗證信息熵量化分析的有效性.最后實驗綜合評估不同RSA架構(gòu)對設計復雜度的影響.實驗結(jié)果顯示基于信息熵的攻擊方法在猜測正確率確信度方面優(yōu)于基于方差的攻擊方法;信息熵量化分析方法能夠有效的評估RSA密碼核時間隱通道信息泄露,為RSA密碼核時間隱通道的研究提供量化分析的理論依據(jù)和測試手段.實驗結(jié)果同時表明信息熵指標能夠輔助設計人員權衡時間隱通道安全性與性能、資源開銷之間的關系,為硬件設計自動化提供潛在的時間隱通道硬件安全評價指標,實現(xiàn)對硬件設計特征更加精細和完善的描述.
【作者單位】： 西北工業(yè)大學深圳研究院;西北工業(yè)大學自動化學院;
【基金】：國家自然科學基金(61672433) 深圳市科創(chuàng)委基礎研究基金(201703063000517) 國家密碼發(fā)展基金(MMJJ20170210) 中央高校基本科研業(yè)務費專項資金(3102017OQD094)資助~~
【分類號】：TP309

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本文編號：2530154