一种基于软件指令定位的高阶侧信道分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于软件指令定位的高阶侧信道分析方法，包括基于软件指令定位的特征点选取和高阶侧信道分析两个步骤；通过定位与敏感信息相关的指令，可以确定高阶掩码方案中每个秘密共享因子对应功耗出现的具体位置，从而降低后续高阶分析方法的时间复杂度。对于一个有n个秘密共享因子的高阶掩码方案，可以将高阶分析方法的时间复杂度水平从功耗曲线点数的n次方降低到线性水平，大大提高了高阶分析方法的效率。本发明专利技术实用性强，实现简单，适用于不同芯片及软件平台，可以作为针对掩码方案软件实现的高阶功耗分析的第一步，从而能够和各种高效的高阶功耗分析结合使用，具有很高的通用性。

A High-order Side Channel Analysis Method Based on Software Instruction Location

【技术实现步骤摘要】
一种基于软件指令定位的高阶侧信道分析方法
本专利技术属于信息安全
，涉及一种新型高阶侧信道分析方法，尤其涉及一种基于软件指令定位的特征点选取方法，该方法可用于高阶侧信道分析，有效提高高阶分析方法的效率。
技术介绍
侧信道分析(Side-channelAnalysis，SCA)可以利用一个密码设备运行过程中泄漏的时间、功耗以及电磁等物理特征([文献1-6])来恢复秘密信息，已经成为密码设备安全的一个严重威胁。面对侧信道分析时，掩码防护是一种非常常用的防护方法。在掩码方案中，密码算法中的每一个敏感变量都被拆分成一个随机的掩码序列([文献7])。目前的掩码方案已经发展到了高阶掩码防护方案[文献8-15]。高阶掩码防护方案的主要思想是将密码算法中任意一个敏感变量x拆分成n个随机的秘密共享因子xi。在一个d+1阶掩码方案中，任意d个中间变量值的联立都和敏感变量相互独立。高阶侧信道分析是目前针对高阶掩码方案最为有效的分析方法。然而，目前的高阶分析方法仍有一些局限性，难以在掩码方案的阶数较高时使用。要提高高阶分析的效率，需要分别针对高阶分析的两个阶段进行分析。第一个阶段是寻找与敏感中间变量相关的功耗点位置。这些功耗点位置通常称为特征点。这个过程可以被称为特征点选取过程。第二阶段就是将特征点进行联立，通过选择合适的联立函数，使特征点的联立与敏感信息具有尽可能高的相关性([文献16])。由于掩码方案的源码和运行平台很有可能是公开的([文献13])，因此假设攻击者知道算法源码和处理器进行的操作是很合理的。然而，即使在这个前提下，现有的特征点选取方法依然是高阶分析方法中最耗时的阶段([文献10])。在安全评估时，由于测评机构需要在一定时间内完成安全评估([文献17])，因此分析方法的时间消耗是安全评估有效的最重要因素之一。[文献1]P.Kocher.TimingattacksonimplementationsofDiffie-Hellmann,RSA,DSS,andothersystems.CRYPTO’96,LNCS1109,pp.104-113,1996.[文献2]EliBiham,AdiShamir.DifferentialFaultAnalysisofSecretKeyCryptosystems.CRYPT0'97[文献3]P.Kocher,J.Jaffe,andB.Jun.DifferentialPowerAnalysis[A].CRYPTO1999[C],BerlinHeidelberg:Springer-Verlag,1999:388–397.[文献4]QuisquaterJ.J,SamydeD.Electromagneticanalysis(EMA):Measuresandcountermeasuresforsmartcards.Cannes,France:ACM2001[文献5]E.Brier,C.Clavier,andF.Olivier.CorrelationPowerAnalysiswithaLeakageModel[A].CHES2004[C],BerlinHeidelberg:Springer-Verlag,2004:16–29.[文献6]B.Gierlichs,L.Batina,P.Tuyls,andB.Preneel.MutualInformationAnalysis[A].CHES2008[C],BerlinHeidelberg:Springer-Verlag,2008:426-442.[文献7]S.Mangard,E.Oswald,andT.Popp,Poweranalysisattacks:Revealingthesecretsofsmartcardsvol.31.NewYork,USA:SpringerScience&BusinessMedia,2008.[文献8]M.Rivain,E.Dottax,andE.Prouff.Blockciphersimplementationsprovablysecureagainstsecondordersidechannelanalysis.ProceedingsoftheInternationalWorkshoponFastSoftwareEncryption,Lausanne,Switzerland,2008,127-143.[文献9]H.Kim,S.Hong,andJ.Lim."Afastandprovablysecurehigher-ordermaskingofAESS-box,"ProceedingsoftheInternationalWorkshoponCryptographicHardwareandEmbeddedSystems,Nara,Japan,2011,95-107.[文献10]C.Carlet,L.Goubin,E.Prouff,M.Quisquater,andM.Rivain,"Higher-ordermaskingschemesfors-boxes,"ProceedingsoftheFastSoftwareEncryption,Washington,USA,2012,366-384.[文献11]M.RivainandE.Prouff,"Provablysecurehigher-ordermaskingofAES,"ProceedingsoftheInternationalWorkshoponCryptographicHardwareandEmbeddedSystems,SantaBarbara,USA,2010,413-427.[文献12]A.RoyandS.Vivek,"Analysisandimprovementofthegenerichigher-ordermaskingschemeofFSE2012,"ProceedingsoftheInternationalWorkshoponCryptographicHardwareandEmbeddedSystems,SantaBarbara,USA,2013,417-434.[文献13]J.-S.Coron,E.Prouff,M.Rivain,andT.Roche,"Higher-ordersidechannelsecurityandmaskrefreshing,"ProceedingsoftheInternationalWorkshoponFastSoftwareEncryption,Singapore,2013,410-424.[文献14]J.-S.Coron,"Higherordermaskingoflook-uptables,"ProceedingsoftheAnnualInternationalConferenceontheTheoryandApplicationsofCryptographicTechniques,Copenhagen,Denmark,2014,441-458.[文献15]V.Grosso,E.Prouff,andF.-X.Standaert,"Efficientmaskeds-boxesprocessing–ast本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于软件指令定位的高阶侧信道分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于软件指令定位的特征点选取；以NT条包含MT个样本点的建模功耗曲线Ti、NP条包含MP个样本点的采集功耗曲线Pi、概率阈值t为输入，得到n个位置的输出L；其中，Ti表示为了建立指令的模板所采集建模功耗曲线，i∈[1,NT]；Pi表示匹配时采集的功耗曲线集合，i∈[1,NP]；L表示被选为候选位置次数最多的n个位置的集合；具体实现包括以下子步骤：步骤1.1：对每一条建模功耗曲线Ti进行降维处理，得到降维后的曲线T’；步骤1.2：利用降维后得到的曲线T’建立模板，建模均值向量记为Q，协方差矩阵记为C；步骤1.3：用整数i，k作为循环变量，初始值为1；步骤1.4：将Pi作为输入，对Pi[k,k+MT]进行降维处理，得到降维曲线Pk’；将得到的降维曲线Pk’作为输入，计算

【技术特征摘要】
1.一种基于软件指令定位的高阶侧信道分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于软件指令定位的特征点选取；以NT条包含MT个样本点的建模功耗曲线Ti、NP条包含MP个样本点的采集功耗曲线Pi、概率阈值t为输入，得到n个位置的输出L；其中，Ti表示为了建立指令的模板所采集建模功耗曲线，i∈[1,NT]；Pi表示匹配时采集的功耗曲线集合，i∈[1,NP]；L表示被选为候选位置次数最多的n个位置的集合；具体实现包括以下子步骤：步骤1.1：对每一条建模功耗曲线Ti进行降维处理，得到降维后的曲线T’；步骤1.2：利用降维后得到的曲线T’建立模板，建模均值向量记为Q，协方差矩阵记为C；步骤1.3：用整数i，k作为循环变量，初始值为1；步骤1.4：将Pi作为输入，对Pi[k,k+MT]进行降维处理，得到降维曲线Pk’；将得到的降维曲线Pk’作为输入，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明，郭志鹏，王蓬勃，
申请(专利权)人：武汉大学，北京信息科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42