[发明专利]一种基于软件指令定位的高阶侧信道分析方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，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。

背景技术

侧信道分析(Side-channel Analysis，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x_i。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.Timing attacks on implementations of Diffie-Hellmann,RSA,DSS,and other systems.CRYPTO’96,LNCS 1109,pp.104-113,1996.

[文献2]Eli Biham,Adi Shamir.Differential Fault Analysis of Secret KeyCryptosystems.CRYPT0'97

[文献3]P.Kocher,J.Jaffe,and B.Jun.Differential Power Analysis[A].CRYPTO 1999[C],Berlin Heidelberg:Springer-Verlag,1999:388–397.

[文献4]Quisquater J.J,Samyde D.Electromagnetic analysis(EMA):Measuresand countermeasures for smart cards.Cannes,France:ACM2001

[文献5]E.Brier,C.Clavier,and F.Olivier.Correlation Power Analysiswith a Leakage Model[A].CHES 2004[C],Berlin Heidelberg:Springer-Verlag,2004:16–29.