建立密码芯片汉明重量与光辐射相关关系的方法技术

本发明专利技术公开了一种建立密码芯片汉明重量与光辐射相关关系的方法，首先以单片机的R7数据寄存器为测试对象，运行MOV R7,A指令进行光泄漏分析，然后设定光泄漏测量装置模块的单次时间周期，对每个样本进行重复采集数分钟，根据R7寄存器数据汉明重量的值对各光辐射迹进行平均化处理，选择光辐射迹中与R7数据处理相关的时间通道，最后依据参考时间点上的测量数据直接得到操作数R7寄存器值的汉明重量与泄漏光子数的对应关系，即得。本发明专利技术能够切实可行的建立密码芯片汉明重量与光辐射相关关系，为光汉明重量密钥分析方法提供标准数据基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息
，尤其是一种建立密码芯片汉明重量与光辐射相关关系的方法。
技术介绍
光旁路攻击是利用密码芯片运行时的光辐射特性或者某种光(激光、紫外线等)对密码芯片运行时的影响对其进行被动或者主动攻击的一种新型旁路攻击方法，光旁路攻击可以分为光辐射分析攻击和光故障注入攻击。自Kocher在1996和1999年发表具有开创性意义的文章——基于时间的旁路攻击和基于功率的旁路攻击以来，旁路攻击成为密码分析学研究的一个重要领域。相关旁路攻击手段(如功耗分析攻击、电磁辐射攻击、故障注入攻击等)及多种分析方法(如模板攻击、差分分析等)相继被研究。传统的功耗、电磁等旁路攻击主要针对整个系统的信息泄漏进行分析，随着2008年光辐射分析攻击首次被提出，其允许选择密码芯片硬件的特定部分进行光辐射分析，使得光辐射分析攻击的选择性要远胜于功耗、电磁等分析攻击。通过选取密码芯片特定位置/区域进行攻击可以得到信噪比非常好的光旁路信号，这是由于光泄漏信号主要由我们所关心的密码芯片的相关指令操作及其操作数变化导致产生的。然而由于文献中的皮秒成像电路分析系统(PICA)的巨大实验花费和实验的复杂性，使得光辐射分析攻击在当时没有被视为现实的威胁。随着半导体技术和适合可见光、近红外等波段的硅基、铟镓砷、超导等单光子探测技术的快速发展，以及光辐射分析攻击新的研究(例如简单光辐射分析、差分光辐射分析等)的提出，使用中低成本设备开展密码芯片光辐射分析攻击成为可能和现实。为了使得光汉明重量密钥分析方法走向切实可行的应用，亟需提供一种建立密码芯片汉明重量与光辐射相关关系的方法为前者提供标准数据基础。相关
技术介绍
资料可参考如下文献：[1]J,KasperM,SeifertJ-P201419thAsiaandSouthPacificDesignAutomationConferenceSingapore,January20-23,2014p780；[2]J,NedospasovD,SchlosserA,SeifertJ-P2013ConstructiveSide-ChannelAnalysisandSecureDesign(Berlin:Springer-Verlag)p1；[3]SchlosserA,NedospasovD,J,OrlicS,SeifertJ-P2013J.Cryptogr.Eng.3；[4]WangHS2015Ph.D.Dissertation(Shijiazhuang:OrdnanceEngineeringCollage)(inChinese)]；[5]KocherP1996CRYPTOCalifornia,August18-22,1996p104；[6]KocherP,JaffeJ,JunB.1999CRYPTOCalifornia,August15-19,1999p388；[7]HnathW2010Ph.D.Dissertation(Massachusetts:WorcesterPolytechnicInstitute)(inUSA)；[8]MulderED2010Ph.D.Dissertation(Leuven:KatholiekeUniversiteit)(inTheKingdomofBelgium)；[9]BihamE,ShamirA1997CRYPTOVol.1294,LectureNotesinComputerScience,Springer-VerlagUSA,August1997p513；[10]WangT,ZhaoXJ,GuoSZ,ZhangF,LiuHY,ZhengTM2012ChineseJournalofComputers35(2)325(inChinese)；[11]KircanskiA,YoussefAM2010AFRICACRYPT2010Stellenbosch,May03-06,2010p261；[12]FerrignoJ,HlaváM2008IETInfor.Secur.294；[13]WangYJ,DingT,MaHQ,JiaoRZ2014Chin.Phys.B23(6)060308；[14]LIANGY,ZENGHP2014Sci.ChinaPhys.Mech.Astron.57(7)1218；[15]SunZB,MaHQ,LeiM,YangHD,WuLA,ZhaiGJ,FengJ2007ActaPhys.Sin.565790(inChinese)；[16]WangHS，JiDG,GaoYL,ZhangY,ChenKY,ChenJG,WuLA,WangYZ2015ActaPhys.Sin.64(5)058901-1；[17]ZhangLB,KangL,ChenJ,ZhaoQY,JiaT,XuWW,CaoCH,JinBB,WuPH2011ActaPhys.Sin.60(3)038501LiuY,WuQL,HanZF,DaiYM,GuoGC2010Chin.Phys.B.19(8)080308；[18]MangardS,OswaldE,PoppT(translatedbyFengDG,ZhouYB,LiuJY)2010PowerAnalysisAttacks(Beijing:SciencePress)pp1-129(inChinese)；[19]HuXD,WeiJF,HuR2011AppliedCryptography(secondedition)(Beijing:ElectronicIndustryPress)pp1-95(inChinese)；[20]BeckerW(translatedbyQuJL)2009AdvancedTime-CorrelatedSinglePhotonCountingTechniques(Beijing:SciencePress)pp1-126(inChinese)。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种切实可行的建立密码芯片汉明重量与光辐射相关关系的方法，为光汉明重量密钥分析方法提供标准数据基础。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。建立密码芯片汉明重量与光辐射相关关系的方法，该方法用于分析密码芯片的光泄露与汉明数据的依赖性并对其进行标准化关联；Ⅰ、该方法采用如下硬件配置：包括运行加密算法的单片机密码芯片、单光子探测器、光泄漏测量装置；主控计算机、分析处理计算机、反相器和衰减器；其中，主控计算机通过RS232串行口给单片机发送相关指令，以控制其执行相关程序和数据处理；分析处理计算机主本文档来自技高网...

【技术保护点】
建立密码芯片汉明重量与光辐射相关关系的方法，该方法用于分析密码芯片的光泄露与汉明数据的依赖性并对其进行标准化关联；其特征在于：Ⅰ、该方法采用如下硬件配置：包括运行加密算法的单片机密码芯片、单光子探测器、光泄漏测量装置；主控计算机、分析处理计算机、反相器和衰减器；其中，主控计算机通过RS232串行口给单片机发送相关指令，以控制其执行相关程序和数据处理；分析处理计算机主要保存光辐射迹并进行相关格式转换等处理；光泄漏测量装置模块用于接收单光子探测器的输出，完成密码芯片在运行时泄漏光子的计数并形成光辐射迹，为后期的分析处理做准备；Ⅱ、该方法包括操作步骤如下：A、以单片机的R7数据寄存器为测试对象，运行MOV R7,A指令进行光泄漏分析，整个过程让光纤和透镜对准密码芯片上R7数据寄存器的位置；B、设定光泄漏测量装置模块的单次时间周期，对每个样本进行重复采集数分钟；对于R7寄存器而言，数据存储形式为一个8位的二进制数，且各位之间相互独立，故可能的值有28＝256种，其汉明重量有9种可能(即0、1、2、3、4、5、6、7、8)；操作时将256种取值分别送至R7寄存器，对256个值分别送2次，合计采集512个光辐射迹样本；C、根据R7寄存器数据汉明重量的值对各光辐射迹进行平均化处理，选择光辐射迹中与R7数据处理相关的时间通道，对其进行放大处理；选定其中效果和差异最为明显的时间通道作为参考时间点；D、依据参考时间点上的测量数据直接得到操作数R7寄存器值的汉明重量与泄漏光子数的对应关系，即得。...

【技术特征摘要】
1.建立密码芯片汉明重量与光辐射相关关系的方法，该方法用于分析密码芯片的光泄
露与汉明数据的依赖性并对其进行标准化关联；其特征在于：
Ⅰ、该方法采用如下硬件配置：
包括运行加密算法的单片机密码芯片、单光子探测器、光泄漏测量装置；主控计算机、
分析处理计算机、反相器和衰减器；
其中，主控计算机通过RS232串行口给单片机发送相关指令，以控制其执行相关程序和
数据处理；分析处理计算机主要保存光辐射迹并进行相关格式转换等处理；光泄漏测量装
置模块用于接收单光子探测器的输出，完成密码芯片在运行时泄漏光子的计数并形成光辐
射迹，为后期的分析处理做准备；
Ⅱ、该方法包括操作步骤如下：
A、以单片机的R7数据寄存器为测试对象，运行MOVR7,A指令进行光泄漏分析，整个过
程让光纤和透镜对准密码芯片上R7数据寄存器的位置；
B、设定光泄漏测量装置模块的单次时间周期，对每个样本进行重复采集数分钟；对于
R7寄存器而言，数据存储形式为一个8位的二进制数，且各位之间相互独立，故可能的值有
28＝256种，其汉明重量有9种可能(即0、1、2、3、4、5、6、7、8)；操作时将256种取值分别送至
R7寄存器，对256个值分别送2次，合计采集512个光辐射迹样本；
C、根据R7寄存器数据汉明重量的值对各光辐射迹进行平均化处理，选择光辐射迹中与
R7数据处理相关的时间通道，对其进行放大处理；选定其中效果和差异最为明显的时间通
道作为参考时间点；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红胜，徐子言，张阳，纪道刚，陈开颜，李宝晨，李建中，吴令安，
申请(专利权)人：中国人民解放军军械工程学院，
类型：发明
国别省市：河北;13