DES缓存攻击技术研究

论文摘要

信息安全不仅是各国政府和军事部门关切的问题,也是企事业单位需要解决的。所以美国国家标准局(NIST)于1977年公布由IBM公司研制的一种加密算法,批准它作为非机要部门使用的数据加密标准,简称DES。DES是Data Encryption Standard的缩写。自从公布以来,它一直超越国界,成为国际上商用保密通信和计算机通信最常用的加密算法。多年来DES一直活跃在国际保密通信的舞台上,扮演了十分突出的角色。但由于DES分组大小和密钥长度分别是64位和56位,这成为DES的主要安全弱点。进入20世纪90年代以后,Eli Biham和Adi Shamir提出“差分密码分析”,Mitsuru Matsui提出了“线性密码分析”,但这些方法需要很大的选择明文数量,付出很大的代价才能解出一个密钥。旁路攻击是一种新兴的攻击方法,它利用密码算法加密过程中产生的环境信息来达到破解密码算法的目的。旁路攻击已经成为一种密码分析的有效手段。缓存攻击是一种基于缓存的旁路攻击,它利用加密平台的缓存特性来获取相关的密钥信息。基于缓存的旁路攻击能够作用于一切实现于“Cache Memory”层次存储结构计算机设备上的查表实现的DES算法,从而危害到服务器、桌面以及嵌入式等各种领域的主流计算机系统。目前,在国外已经有了一些关于使用缓存分析攻击DES的论文发表,Paul Kocher于1996年首先提出了旁路攻击,并对能量分析攻击进行了研究。J.Kelsey,B.Schneier,D.Wagner,and C.Hall后来提出了缓存分析攻击,但国内相应的研究才刚刚起步,所以本文将DES算法作为研究缓存分析攻击的目标算法,探索缓存分析攻击方法和研究思路,并提出相应的防御措施。本文根据DES在访问数组时缓存表现出来的“命中”和“未命中”的特性,对DES算法进行分析。在介绍DES算法和缓存结构的基础上,分析了缓存攻击DES的原理和两种攻击模型,并且进行了软件实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 旁路攻击
• 1.2 课题提出的背景和意义
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 数据加密标准
• 第三章 高速缓存技术
• 3.1 CPU与内存之间的速度差异
• 3.2 存储器局部性原理
• 3.3 缓存的基本结构
• 3.4 缓存的工作过程
• 3.5 缓存命中率问题
• 第四章 DES缓存攻击原理及防护方法
• 4.1 缓存攻击
• 4.1.1 跟踪驱动对DES的攻击
• 4.1.2 时间驱动对DES的攻击
• 4.2 DES缓存攻击防护方法
• 第五章 DES缓存攻击软件实现与结果分析
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表