基于智能卡实现的分组加密算法的功耗分析

来源：计算机应用杂志2015年第9期北京时间：

作者：付荣

单位：清华大学 交叉信息研究院, 北京 100084

摘要：针对基于智能卡硬件实现的SM4分组加密算法的物理泄露安全问题,提出了一种快速、高效的相关功耗分析方法,通过理论分析和实验研究,暴露了即使是理论上非常安全的SM4加密算法,在物理实现过程中也会泄露重要的敏感信息。首先,通过分析SM4算法的实现流程和加密特性,建立功耗分析的数学模型,并推导出解密流程和优化算法;其次,结合理论物理泄露点,搭建完整的智能卡硬件功耗分析实验系统,通过智能卡的功耗数据采集、分析、优化,研究真实智能卡的侧信道安全漏洞;最后,结合实验结果,进一步优化功耗分析,探讨嵌入式系统环境下的SM4算法安全性能。与Mifare DESFire MF3ICD40智能卡三重数据加密标准(3DES)算法侧信道分析相比,所提方法将功耗数据量从25万条降低到不足一千条,分析时间从7个多小时,减小到几分钟,并且完整地恢复了SM4的原始密钥,能有效提高硬件环境下的功耗分析效率,降低计算复杂度。

关键词：相关功耗分析,侧信道攻击,SM4算法,密钥恢复成功率,汉明重量模型

基金资助：国家自然科学基金资助项目(61033001,61361136003);国家973计划项目(2011CBA00300,2011CBA00301)。