抗故障攻擊的硬件密碼算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的高速發(fā)展，信息安全問(wèn)題已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)安全問(wèn)題，我國(guó)官方在2006年公布了第一個(gè)商用分組密碼算法——SM4算法（原 SMS4算法）；針對(duì)網(wǎng)絡(luò)上信息傳遞過(guò)程中的完整性和真實(shí)性問(wèn)題，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST）先后公布了SHA-1、SHA-2算法，并且在2012年公布了SHA-3系列獲勝算法——KECCAK算法。加密芯片是加密算法不可或缺的硬件載體。近年來(lái)針對(duì)于加密芯片提出的旁路攻擊發(fā)展

2、迅速，其中的故障攻擊能力強(qiáng)，攻擊范圍廣，已經(jīng)成功破譯了多種密碼算法，無(wú)疑對(duì)加密芯片組成的信息安全系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。本文在對(duì)SM4和KECCAK算法安全性研究的基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)于兩種算法的抗故障攻擊方案，實(shí)現(xiàn)了算法執(zhí)行過(guò)程中的故障檢測(cè)，提高了安全性能。主要工作如下：
　　第一，分析硬件實(shí)現(xiàn)的SM4算法的主要過(guò)程，其中輪函數(shù)是整個(gè)算法的核心，根據(jù)運(yùn)算邏輯結(jié)構(gòu)中的異或運(yùn)算和T變換的運(yùn)算特點(diǎn)，針對(duì)于容易出現(xiàn)故障的位置，通過(guò)在關(guān)鍵位置上建

3、立檢測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)檢測(cè)點(diǎn)來(lái)定位算法執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障。
　　第二，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器處理大量數(shù)據(jù)，需求更高的吞吐量，分析 KECCAK算法的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，利用解循環(huán)技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種高吞吐量的KECCAK算法；另外，根據(jù)KECCAK算法置換函數(shù)的結(jié)構(gòu)，提出一種抗故障攻擊的KECCAK算法。
　　第三，本文選取幾個(gè) FPGA硬件平臺(tái)，將改進(jìn)方案在 FPGA硬件平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)證明，論文提出的方案占用硬件資源小，可以有效地