论文题目: 密码芯片的功耗分析及抗功耗分析研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 电子科学与技术
作者: 刘鸣
导师: 陈弘毅
关键词: 信息安全,边缘信道,差分功耗分析,汉明差,独立电源模块
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 密码芯片在信息安全中具有重要的基础性作用。密码芯片的安全性是信息系统安全的一个必要条件。密码芯片的不适当的实现可能会通过功耗、时间、电磁辐射等所谓“边缘信道”泄漏内部的关键信息,导致密码芯片自身的不安全。功耗分析就是通过获取、分析密码芯片的功耗曲线推导密钥、破解密码的一类方法。该方法的出现给密码芯片的安全带来了严重的挑战。为了研究密码芯片的功耗分析及抗功耗方法,在现有芯片设计流程和软件工具上,论文构造了功耗分析模拟研究平台。该平台是通过软件模拟的方式获得芯片的功耗曲线,在一定程度上可以避免ASIC生产所带来的风险,并且便于学术研究。在该平台上,论文针对一个ASIC方式实现的DES运算核,研究并实现了基于汉明差的差分功耗分析方法,并给出了分析所需明文数量的预测方法。实验结果证明了汉明差与功耗相关性的存在,此类差分功耗分析方法可以对具有特定结构的分组加密算法芯片进行有效的分析。独立电源模块是一种利用电容储、放电功能而实现的通用型抗功耗分析方法。该模块具有结构简单,附加功耗低等优点。论文对这种方法的ASIC实现进行了可行性研究。针对一个具有40000个晶体管的DES算法芯片,论文提出了两种独立电源模块设计方案。实验结果表明:当电容等于100pf,总面积约75*150um2时,独立电源模块可以使得芯片正常工作,且可以抵抗差分功耗分析。因此,独立电源模块具有集成在芯片内的可能性。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 信息安全与密码芯片
1.1.1 社会信息化与信息技术
1.1.2 信息安全概念
1.1.3 信息安全的重要特性
1.1.4 密码芯片在信息安全中的位置
1.1.5 密码芯片面临的挑战
1.1.6 论文研究思路
1.2 论文工作的内容
第2章 功耗分析及抗功耗分析的原理与方法
2.1 引言
2.2 功耗分析的物理基础
2.3 功耗分析方法
2.3.1 简单功耗分析
2.3.2 差分功耗分析
2.3.3 相关性功耗分析
2.4 抗功耗分析方法
2.4.1 抗功耗分析方法的设计原则
2.4.2 分组密码算法抗功耗分析方法
2.4.3 公钥密码算法抗功耗分析方法
2.4.4 通用类抗功耗分析方法
2.5 小结
第3章 功耗分析模拟研究平台
3.1 引言
3.2 功耗分析模拟平台的架构及各部分功能
3.2.1 功耗分析模拟平台的架构
3.2.2 平台各部分功能
3.2.3 平台使用的工作流程
3.3 本章小结
第4章 基于汉明差的差分功耗分析模拟研究
4.1 引言
4.2 基于汉明差的差分功耗分析原理与方法
4.2.1 基于汉明差的差分功耗分析原理
4.2.2 基于汉明差的差分功耗分析方法
4.3 平台的验证及对DES 算法的差分功耗分析
4.3.1 DES 算法及 ASIC 实现
4.3.2 对 DES 算法的差分功耗分析
4.3.2.1 DES 及 AES 算法模块的功耗模拟
4.3.2.2 统计汉明差与功耗的关系
4.3.2.3 DES 运算核的差分功耗分析
4.3.2.4 DES 运算核平均汉明差的差分功耗分析
4.3.2.5 DES 运算核完整汉明差的差分功耗分析
4.3.2.6 密钥与明文数量的关系
4.4 本章小结
第5章 独立电源模块方法抗差分功耗分析研究
5.1 独立电源模块方法的原理
5.2 集成独立电源模块方法抗差分功耗分析性能研究
5.2.1 集成独立电源模块方法原理
5.2.2 固定时钟法的模拟研究
5.2.3 电压比较法的模拟研究
5.3 集成化可行性研究
5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢
声明
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-06-29
参考文献
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