本发明公开了一种抗高阶功耗分析的AES掩码加密方法,属于信息安全技术领域,即抗高阶差分功耗分析的掩码防护方案的设计。本发明采用掩码技术设计防护方案,使AES算法可以抵抗高阶差分功耗分析,主要包括以下步骤:步骤一,基于Ishai‑Sahai‑Wagner可证明安全框架设计生成随机数表达式;步骤二,改进Akkar提出保护AES密码算法的一阶乘法掩码方案存在零值攻击的安全问题,设计保护AES算法的高阶掩码防护方案,利用步骤一生成的随机数,防护AES密码算法能量消耗比较大的S盒非线性运算。本发明设计的具有高安全性和高效性的AES密码算法更加适用于资源有限的嵌入式环境。
一种抗高阶功耗分析的AES掩码加密方法,其特征在于,设计抗高阶差分功耗分析的掩码防护方案,主要包括如下步骤:步骤1,S盒求逆非线性运算的高阶掩码方案初始化:(1)假设a是需要进行求逆运算的敏感数据,令a=g(k),b=h(k),g(*)和h(*)为域F2的线性关系,b和k为域的随机数;(2)随机拆分和i∈[0:d],满足和ai是a的d+1个份额,且每个份额都不等于0;其中,针对a为0时,S盒求逆非线性运算不能抵抗零值攻击的问题,则进行防范零值攻击的处理;步骤2,根据定义1,引入随机数变量值k,推导出公式:其中:定义1为(f映射:),x表示随机数份额ki,y表示随机数份额kj;步骤3,针对步骤2的公式中ki和kj容易同一时间被攻击者分析功耗信息得到,根据定义2,引入随机变量值v′i,j,推导出公式:其中:定义2为步骤4,针对步骤3中的公式存在四个异或运算和四个域相乘运算,为了提高运算效率,且防护份额ki,由定义3和定义4推导步骤3中的公式得到本发明高阶掩码方案的随机数生成表达式:vj,i=((vi,j⊕w(ki⊕vi,j′⊕kj))⊕w(ki⊕vi,j′)⊕w(kj⊕vi,j′))⊕w(vi,j′)]]>其中:定义3为w(x)=h(x)·g(x)(w映射:);定义4为步骤5,本发明高阶掩码方案原理为利用设计的随机数生成表达式,生成(d+1)2‑d‑1个随机数,保护敏感数据a的d+1个份额进行S盒求逆运算。
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