基于现场可编程门阵列的SMS4故障检测实现

来源：计算机应用杂志2015年第2期北京时间：

作者：辛小霞, 王奕, 李仁发

单位：1. 湖南大学 嵌入式系统与网络实验室, 长沙 410082;2. 湖南大学 网络与信息安全湖南省重点实验室, 长沙 410082;3. 湖南大学 信息科学与工程学院, 长沙 410082

摘要：硬件实现的SMS4加密算法计算过程中容易出现故障,为防止攻击者利用故障信息进行故障攻击从而破解SMS4算法,提出一种针对SMS4算法的故障检测方案。该方案首先分析了硬件实现的SMS4算法出现故障的位置及其影响,然后在关键路径上建立了3个检测点,通过实时监测检测点来定位算法执行过程中出现的故障。一旦成功检测到故障,立即重新执行算法以保证攻击者难以获取有效的故障信息。将提出的方案和原无故障检测的算法分别在Xilinx公司的Virtex-7和Altera公司的Cyclone Ⅱ EP2C35F76C6两个现场可编程门阵列(FPGA)上综合实现,在Virtex-7上,提出的带故障检测的方案比原算法占用逻辑资源增加30%,吞吐量相当;在EP2C35F76C6上比原算法增加0.1%的硬件资源,吞吐量达到原来的93%。实验结果表明,在尽量不影响吞吐量的前提下,提出的方案占用硬件资源小,并且可以有效地检测出故障,从而避免SMS4算法受到故障攻击。

关键词：SMS4算法,硬件实现,故障攻击,故障检测,现场可编程门阵列

基金资助：国家自然科学基金资助项目(61173036);国家863计划项目子项(2012AA01A301-01)。