论文摘要
随着人们对私密信息的安全性要求的不断提高,各种密码算法正在进入生活的每一个角落。其中的对称密码算法,主要用来进行大量数据的快速加密。现在用途最广的对称密码算法就高级加密标准（Advanced Encryption Standard,AES）。虽然AES算法在选取的时候,其安全性在各个方面都得到了考量。但是在其被定为标准之后,一系列旁道攻击（Side-channel Attacks）方法对其安全性造成了极大的威胁。这些方法包括差错分析（Fault Analysis）攻击,功耗分析（Power Analysis）攻击和电磁辐射（Electromagnetic Anaylsis）分析攻击等等。其中尤以差分差错分析（Differential Fault Analysis,DFA）和差分功耗分析（Differential Power Analysis,DPA）的威胁最大。为此,本文在简单介绍了AES算法的运算流程和主要模块的运算的基础上.提出了一种超低成本的AES算法的硬件实现方案,该AES算法的硬件方案能够在很低的硬件成本下,实现较高的数据吞吐率,同时有着很高的数据吞吐率和硬件开销比。此后,本文主要介绍了差错分析和功耗分析这两种旁道攻击方法的原理,以及已经有的一些抗攻击方案。并对其优缺点进行了探讨。在此基础上,本文提出了三种抗旁道攻击的AES算法及其硬件实现方案。它们分别是,一种有二维奇偶校验的并发错误检测的抗差分差错攻击的AES算法,一种低成本的抗差分功耗分析的AES算法,以及一种同时抗差分差错分析和差分功牦分析的AES算法。本文还依据差分差错分析和差分功耗分析的原理,对以上三种抗旁道攻击的AES算法的抗攻击性能进行了仿真检测,验证了本文提出的二维奇偶校验方法较传统方法的错误覆盖率有大幅度提高,同时本文提出的抗差分功耗分析的AES算法能够有效的抗攻击。此外,本文提出的三种抗旁道攻击算法的硬件实现方案,都能够在硬件成本增加有限的前提下,尽可能的提高数据吞吐率和硬件速度,较传统设计有着明显的优越性。最后,本文提出了在抗旁道攻击的对称密码算法及其硬件实现这个研究方向上的进一步工作的设想和方案。
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摘要Abstract目录图表索引第一章 引言1.1 密码学概论1.1.1 对称密钥密码学1.1.2 公钥密码学1.2 抗旁道攻击的对称密码算法及其硬件实现的研究意义1.2.1 各种旁道攻击方法及其防御方法简介1.2.2 本文的研究意义1.3 本文内容及结构安排第二章 超低成本的AES算法的VLSI实现2.1 AES算法2.1.1 有限域运算基础2.1.2 AES算法流程2.1.3 AES算法中的主要运算2.2 超低成本的AES算法实现流程2.2.1 超低成本的AES算法的运算流程2.2.2 超低成本的AES算法的流水线时序图2.3 超低成本的AES算法各模块的VLSI实现结构2.3.1 行变换2.3.2 列混合2.3.3 字节替换2.3.4 密钥扩展2.4 超低成本的AES算法的综合结果和应用2.4.1 综合结果2.4.2 测试方案及应用第三章 对称密码算法的旁道攻击方法及其防御措施3.1 对称密码算法的差错攻击3.2 对称密码算法的抗差错攻击措施3.2.1 基于加解密运算的抗差错攻击方法3.2.2 基于校验位的抗差错攻击方法3.3 对称密码算法的功耗分析攻击3.3.1 简单功耗分析3.3.2 差分功耗分析3.4 对称密码算法的抗功耗分析措施3.4.1 Akkar的屏蔽方法8）求逆方法'>3.4.2 Oswald有限域GF（28）求逆方法3.5 对称密码算法的其他旁道攻击方法及其防御措施第四章 抗旁道攻击的AES算法及其VLSI实现4.1 基于二维奇偶校验的抗差错分析的AES算法及其硬件实现4.1.1 AES算法的二维奇偶校验并发错误检测方法4.1.2 二维奇偶校验的AES算法的硬件实现4.1.3 二维奇偶校验的AES算法的抗差错攻击性能仿真验证4.1.4 二维奇偶校验的AES算法的综合结果和比较4.2 低成本的抗差分功耗分析攻击的AES算法及其硬件实现8）求逆算法'>4.2.1 改进的低复杂度的有限域GF（28）求逆算法4.2.2 低成本的抗差分功耗分析的AES算法硬件结构4.2.3 低成本的抗差分功耗分析的AES算法的抗攻击能力仿真检验4.2.4 低成本的抗差分功耗分析的AES算法的综合结果和比较4.3 抗差错攻击和功耗分析攻击的AES算法及其硬件实现4.3.1 屏蔽因子X的校验位的计算4.3.2 抗差错攻击和差分功耗分析攻击的AES算法流程4.3.3 改进分割的带屏蔽因子的字节替换模块4.3.4 抗两种旁道攻击的AES算法的抗攻击性能仿真验证4.3.5 抗两种旁道攻击的AES算综合结果和比较第五章 总结和展望5.1 本文内容总结5.2 进一步工作展望5.2.1 抗旁道攻击方法进一步探索5.2.2 旁道攻击方法及抗攻击方法的硬件验证参考文献硕士学习期间录用和发表的学术论文致谢
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