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Secure and efficient elliptic curve cryptography resists side-channel attacks 被引量:8
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作者 Zhang Tao Fan Mingyu Zheng Xiaoyu 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2009年第3期660-665,共6页
An embedded cryptosystem needs higher reconfiguration capability and security. After analyzing the newly emerging side-channel attacks on elliptic curve cryptosystem (ECC), an efficient fractional width-w NAF (FWNA... An embedded cryptosystem needs higher reconfiguration capability and security. After analyzing the newly emerging side-channel attacks on elliptic curve cryptosystem (ECC), an efficient fractional width-w NAF (FWNAF) algorithm is proposed to secure ECC scalar multiplication from these attacks. This algorithm adopts the fractional window method and probabilistic SPA scheme to reconfigure the pre-computed table, and it allows designers to make a dynamic configuration on pre-computed table. And then, it is enhanced to resist SPA, DPA, RPA and ZPA attacks by using the random masking method. Compared with the WBRIP and EBRIP methods, our proposals has the lowest total computation cost and reduce the shake phenomenon due to sharp fluctuation on computation performance. 展开更多
关键词 elliptic curve cryptography side channel attack simple power attack differential power attack refined power analysis zero-point power analysis.
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针对物联网设备的旁路攻击及防御方法的研究 被引量:4
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作者 何乐生 冯毅 +2 位作者 岳远康 杨崇宇 胡崇辉 《通信学报》 北大核心 2025年第2期166-175,共10页
物联网设备通常使用计算能力受限的微控制器来实现,因而只能采用轻量级对称加密算法来保证其数据安全,且其自身的特点决定了只能被部署在开放环境中,极易遭受旁路攻击。针对这一问题,在基于自主设计的旁路攻击验证平台上开展实验,并提... 物联网设备通常使用计算能力受限的微控制器来实现,因而只能采用轻量级对称加密算法来保证其数据安全,且其自身的特点决定了只能被部署在开放环境中,极易遭受旁路攻击。针对这一问题,在基于自主设计的旁路攻击验证平台上开展实验,并提出了安全密钥管理方案及改进的S盒设计,作为旁路攻击防御方法。验证平台由两级差分放大器和抗干扰有限冲激响应(FIR)滤波器构成,能够捕捉微弱的功耗变化,并设计了针对轻量级加密算法的两轮相关能量攻击。通过获取正确密钥相关系数置信度的评估方法,在对PRESENT算法的3 000条功耗曲线进行10 000次攻击后,成功率超过96%,正确密钥的相关性均值均超过0.6,在95%的置信水平下,拥有狭窄的置信区间,而采用改进后的算法进行相同实验时,攻击成功率仅为9.12%。 展开更多
关键词 物联网安全 轻量级密码 旁路攻击 相关能量分析
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处理器数据预取器安全研究综述
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作者 刘畅 黄祺霖 +4 位作者 刘煜川 林世鸿 秦中元 陈立全 吕勇强 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第9期3038-3056,共19页
数据预取器是现代处理器用于提高性能的重要微架构组件。然而,由于在设计之初缺乏系统性的安全评估与考量,主流商用处理器中的预取器近年来被揭示出存在严重安全隐患,已被用于针对浏览器、操作系统和可信执行环境的侧信道攻击。面对这... 数据预取器是现代处理器用于提高性能的重要微架构组件。然而,由于在设计之初缺乏系统性的安全评估与考量,主流商用处理器中的预取器近年来被揭示出存在严重安全隐患,已被用于针对浏览器、操作系统和可信执行环境的侧信道攻击。面对这类新型微架构攻击,处理器安全研究亟需解决以下关键问题:如何系统性地分析攻击方法,全面认识预取器潜在风险,量化评估预取器安全程度,从而设计更加安全的数据预取器。为解决这些问题,该文系统调研了商用处理器中已知预取器设计及相关侧信道攻击,通过提取内存访问模式,为7种预取器建立行为模型,并基于此为20种侧信道攻击建立攻击模型,系统整理了各类攻击的触发条件和泄露信息,并分析可能存在的其他攻击方法。在此基础上,该文提出1套包含3个维度和24个指标的安全性评估体系,为数据预取器的安全性提供全面量化评估。最后,该文深入探讨了防御策略、安全预取器设计思路及未来研究方向。作为首篇聚焦于商用处理器数据预取器安全问题的综述性文章,该文有助于深入了解数据预取器面临的安全挑战,推动预取器的安全性量化评估体系构建,从而为设计更加安全的数据预取器提供指导。 展开更多
关键词 计算机体系结构 处理器 数据预取器 微架构安全 侧信道攻击
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基于DyCML的改进型三阶段抗功耗攻击型D触发器
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作者 姚茂群 李聪辉 +1 位作者 李海威 陈冉 《浙江大学学报(理学版)》 北大核心 2025年第4期424-430,共7页
功耗攻击是一种通过统计电路的功耗信息得到敏感数据信息的攻击手段。作为电路的重要组成单元,触发器的抗功耗攻击水平与电路的安全性能息息相关,为此提出一种抗功耗攻击型触发器。通过引入“预充电-求值-放电”三阶段逻辑,提出了改进... 功耗攻击是一种通过统计电路的功耗信息得到敏感数据信息的攻击手段。作为电路的重要组成单元,触发器的抗功耗攻击水平与电路的安全性能息息相关,为此提出一种抗功耗攻击型触发器。通过引入“预充电-求值-放电”三阶段逻辑,提出了改进型的三阶段动态电流模式逻辑D触发器(improved three-phase dynamic current mode logic-based D flip-flop,TDyCML_FF),避免了因负载电容不均衡引起的电路功耗不恒定等安全问题。同时对三阶段逻辑结构进行了改进,由电路内部节点信号生成放电信号,从而避免通过减缓时钟频率或消除放电信号对其进行攻击,提高了电路的抗功耗攻击性能。通过Hspice仿真实验,并引入归一化能量偏差(NED)和归一化标准偏差(NSD)2个量化参数,将TDyCML_FF感应放大逻辑触发器(SABL_FF)、三阶段双轨预充电逻辑触发器(TDPL_FF)等抗功耗攻击型触发器进行了对比,证明TDyCML_FF具有较高的抗功耗攻击性能。 展开更多
关键词 三阶段逻辑 侧信道攻击 功耗攻击 触发器设计
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针对SM4的选择明文攻击:线性运算带来的难题与对策 被引量:1
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作者 唐啸霖 冯燕 +2 位作者 李志强 郭叶 龚关飞 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第8期2791-2799,共9页
在硬件安全领域,各种侧信道攻击已受到广泛关注,这类攻击利用硬件泄漏的物理信息来推断密钥等敏感信息,其中能量分析攻击是最受关注的侧信道攻击技术之一。针对高级加密标准的能量分析攻击方法相对成熟,对于SM4算法,由于其轮运算包含特... 在硬件安全领域,各种侧信道攻击已受到广泛关注,这类攻击利用硬件泄漏的物理信息来推断密钥等敏感信息,其中能量分析攻击是最受关注的侧信道攻击技术之一。针对高级加密标准的能量分析攻击方法相对成熟,对于SM4算法,由于其轮运算包含特殊的线性变换模块,使得能量分析攻击更加困难。针对SM4的选择明文攻击方法可以规避线性变换模块带来的运算复杂度,但这些方法面临以下难题:如何构造四轮选择明文、如何恢复初始密钥、如何分辨对称攻击结果,以及如何排除高相关性错误猜测值。该文在深入分析难题产生原因的基础上,提出了相应的对策,并对SM4算法实现进行了能量分析攻击实验,结果表明:所提应对策略,能有效解决在SM4的选择明文攻击过程中,线性运算带来的难题。 展开更多
关键词 SM4算法 能量分析攻击 选择明文 线性运算
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面向缓存侧信道攻击防护的快速刷写技术
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作者 郑帅 徐向荣 +8 位作者 肖利民 刘浩 谢喜龙 杨睿 阮利 廖晓坚 刘善峰 张万才 王良 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第9期3178-3186,共9页
缓存作为处理器中缓解主存访问延迟的重要结构,在提升系统性能的同时,其共享性也为攻击者实施侧信道攻击提供了条件。近年来,针对数据缓存的多种侧信道攻击手段相继被提出,严重威胁处理器系统的安全性。为应对此类威胁,各类防护策略也... 缓存作为处理器中缓解主存访问延迟的重要结构,在提升系统性能的同时,其共享性也为攻击者实施侧信道攻击提供了条件。近年来,针对数据缓存的多种侧信道攻击手段相继被提出,严重威胁处理器系统的安全性。为应对此类威胁,各类防护策略也不断涌现。现有基于缓存映射随机化的方案通常伴随较高的硬件开销,不适用于资源受限的一级缓存;而基于缓存刷写的方案则存在效率较低的问题。针对上述问题,该文提出基于快速刷写的缓存侧信道攻击缓解技术,通过在数据缓存中引入生存时间标识,在执行缓存刷写时,有选择地执行缓存写回操作,提高缓存刷写效率。该文基于(RISC-V)架构处理器对上述防护策略进行了实现,并在FPGA平台上对其硬件开销进行了评估,相较于原始缓存刷写方法可减少70%左右的刷写执行时间,相比于原有数据缓存结构,所带来的额外硬件逻辑开销为8%左右,引入标记位的额外存储开销仅为0.01%左右。 展开更多
关键词 缓存侧信道攻击 RISC-V安全 缓存刷写
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基于循环展开结构的抗侧信道攻击SM4 IP核设计
7
作者 张倩 高宜文 +2 位作者 刘月君 赵竟霖 张锐 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期645-661,共17页
侧信道攻击防御能力是密码硬件安全技术能力要求之一.现有防护措施通常引入面积增加、吞吐率减低或随机数消耗等代价开销.本文从分组密码硬件结构特性角度出发,提出一种基于循环展开结构的抗侧信道攻击的硬件IP核设计方法,主要设计思想... 侧信道攻击防御能力是密码硬件安全技术能力要求之一.现有防护措施通常引入面积增加、吞吐率减低或随机数消耗等代价开销.本文从分组密码硬件结构特性角度出发,提出一种基于循环展开结构的抗侧信道攻击的硬件IP核设计方法,主要设计思想为构造轮数依赖型循环展开结构并选择密钥搜索空间为2128的循环展开结构,其技术优势之一为无需随机源.以SM4算法为验证示例,设计三种高安全SM4原型IP核,实现结构分别为八合一迭代结构(SM4-8r)、十六合一迭代结构(SM4-16r)以及全展开结构(SM4-32r).使用SAKURA-X评估板对三种原型IP核进行侧信道安全性评估,实验结果表明:使用100万条能量迹,未检测到一阶信息泄漏或二阶/三阶/四阶零偏移信息泄漏,验证了设计所具有的优良安全防护能力.在Kintex-7器件上对IP核设计进行了参考实现,三种实现使用的面积资源分别为4635LUTs+996Regs、8187LUTs+653Regs以及16925LUTs+1162Regs,对应的吞吐率分别为1147 Mbps、876 Mbps以及585 Mbps.就设计紧凑性而言,三种IP核实现的单位面积吞吐率分别为247.46 Kbps/LUT、107.00 Kbps/LUT以及34.56 Kbps/LUT.相较于紧凑性最佳的低安全二合一迭代结构(SM4-2r)实现,三种高安全实现的付出的紧凑性代价分别为71.43%、87.69%、96.02%. 展开更多
关键词 抗侧信道攻击 循环展开结构 SM4 密钥搜索空间 单位面积吞吐率
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针对KASLR绕过的脆弱性指令挖掘
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作者 李周阳 邱朋飞 +2 位作者 卿昱 王春露 汪东升 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第9期3241-3251,共11页
现代操作系统采用内核地址空间随机化(KASLR)技术来抵御内核代码重用攻击。处理器微架构侧信道能够泄露内核代码段的页表信息,进而可以被用来绕过KASLR保护,但是现有研究局限于MOV, CMASKMOV,PREFETCHNTA和CLDEMOTE等少数的几条指令来... 现代操作系统采用内核地址空间随机化(KASLR)技术来抵御内核代码重用攻击。处理器微架构侧信道能够泄露内核代码段的页表信息,进而可以被用来绕过KASLR保护,但是现有研究局限于MOV, CMASKMOV,PREFETCHNTA和CLDEMOTE等少数的几条指令来探测内核地址,攻击面有限。为系统评估KASLR攻击面,该文从指令多样性出发,设计一个自动化分析框架,挖掘可以绕过KASLR保护并暴露计算机系统安全脆弱性的指令。该框架不需要逆向微架构部件的实现细节,专注于攻击任务本身,首先将攻击流程抽象为环境准备、内存探测、微架构信息记录和差分分析4个阶段,然后定位绕过KASLR保护的关键攻击代码,最后研究不同指令在替换关键代码后的攻击效果。该文分别从指令的汇编形式和字节形式出发提出两套KASLR攻击面的评估算法,互相验证和补充。实验结果表明,该文在Intel x86指令集挖掘出699条可实现KASLR绕过的汇编指令,相比现有研究依赖的6条指令,实现了KASLR脆弱性指令的跨数量级增长。此外,从字节形式出发的实验数据表明,Intel x86指令集有39个单字节操作码、121个双字节操作码和24个3字节操作码指令可以实现KASLR绕过。该文的发现不仅显著扩展了KASLR的攻击面,更为基于特征检测的防御机制带来挑战和新思路。 展开更多
关键词 硬件安全 微架构侧信道攻击 脆弱性指令 内核地址空间随机化
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基于相关子域适应的跨设备建模侧信道攻击
9
作者 张裕鹏 刘恒星 +2 位作者 李迪 段明 龚征 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期443-456,共14页
基于深度学习的建模侧信道攻击使用从建模设备训练得到的模型攻击目标设备.研究者发现建模设备与目标设备的不一致会导致模型在攻击目标设备时失效,这类问题称为可移植性问题.在CHES 2021中,Cao等人提出利用无标签信息的目标设备轨迹信... 基于深度学习的建模侧信道攻击使用从建模设备训练得到的模型攻击目标设备.研究者发现建模设备与目标设备的不一致会导致模型在攻击目标设备时失效,这类问题称为可移植性问题.在CHES 2021中,Cao等人提出利用无标签信息的目标设备轨迹信息和域适应迁移技术解决可移植性问题,并在XMEGA、XMEGA-EM等数据集上取得了一定的成效.2022年DAC年会上,Cao等人进一步提出以域对抗迁移技术为基础的跨设备建模攻击方案.本文在此基础上,提出一种基于相关子域适应迁移技术的跨设备建模侧信道攻击方案SD-PA.相较于之前的工作,SD-PA在迁移过程中更加关注轨迹与对应类别之间的细粒度关系,并基于子域分布之间的最大均值差异距离微调预训练模型.SD-PA具有损失收敛快和能使模型适应目标设备分布的特点.SD-PA在攻击设备不同场景下的XMEGA数据集时,成功恢复密钥所需的最少目标设备轨迹条数从原来的29条降低到24条.在攻击采集设置不同的XMEGA-EM数据集时,对应的轨迹条数从原来的77条降低到47条. 展开更多
关键词 跨设备建模攻击 迁移学习 侧信道攻击 深度学习
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微处理器安全推测执行研究
10
作者 余发洪 唐志敏 《高技术通讯》 北大核心 2025年第8期824-836,共13页
幽灵、熔断等瞬态执行攻击打破了基于微处理器的软件逻辑隔离,给信息系统安全带来了巨大挑战。针对基于软件的防御策略有很高的性能开销且需要升级所有已经存在的软件,学术界提出了很多基于硬件或者软硬件结合的防御策略,但都存在不能... 幽灵、熔断等瞬态执行攻击打破了基于微处理器的软件逻辑隔离,给信息系统安全带来了巨大挑战。针对基于软件的防御策略有很高的性能开销且需要升级所有已经存在的软件,学术界提出了很多基于硬件或者软硬件结合的防御策略,但都存在不能覆盖所有已知攻击和高性能开销等问题。本文深入研究瞬态执行攻击,分析总结其行为模式,提出并建立了一种安全推测执行模型,在保留推测执行带来的微处理器性能增益的前提下,消除了其安全隐患。基于安全推测执行模型,设计并实现了一种安全缓存(Cache),能够抵御基于Cache侧信道的瞬态执行攻击。评估结果表明,安全Cache能够达到安全设计目标。与目前最先进的瞬态执行攻击防御研究GhostMinion相比,安全Cache将安全设计带来的单核性能开销降低了19.18%,多核性能开销基本可以忽略不计。 展开更多
关键词 微处理器 安全 缓存侧信道 幽灵攻击 熔断攻击 瞬态执行攻击
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瞬态执行攻击防御方法研究进展 被引量:1
11
作者 李扬 高菲 +1 位作者 马自强 苗莉 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第2期37-58,共22页
瞬态执行攻击利用处理器微架构的实现特性窃取秘密,并通过缓存侧信道泄露秘密相关信息,对现代商用处理器的信息安全构成了极大威胁。随着攻击研究的不断深入,其防御方法也成为了研究热点。对瞬态执行攻击防御技术发展现状进行了系统性总... 瞬态执行攻击利用处理器微架构的实现特性窃取秘密,并通过缓存侧信道泄露秘密相关信息,对现代商用处理器的信息安全构成了极大威胁。随着攻击研究的不断深入,其防御方法也成为了研究热点。对瞬态执行攻击防御技术发展现状进行了系统性总结,剖析了熔断型攻击、幽灵型攻击、数据采样型攻击和缓存隐蔽信道的形成原因及分类依据;总结了防御方法的实现原理与发展现状,依据防御措施的介入阶段将其分为四类:基于代码检测的、基于破坏瞬态行为的、基于中断隐蔽信道的和面向攻击检测的防御方法,其中,特别总结了结合机器学习的攻击检测方法。对现有防御研究中存在的关键问题进行了分析与总结,并展望了未来的研究方向,以期为后续研究工作提供帮助。 展开更多
关键词 系统安全 瞬态执行攻击 缓存侧信道 防御方法 处理器安全
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瞬态执行攻击综述
12
作者 李扬 马自强 +4 位作者 林璟锵 孟令佳 李冰雨 苗莉 高菲 《计算机研究与发展》 北大核心 2025年第8期2058-2097,共40页
瞬态执行攻击利用处理器优化措施绕过安全检查,进而通过隐蔽信道传输并窃取敏感信息.其中,Meltdown和Spectre攻击尤为知名,波及包括Intel,ARM,AMD在内的主流商用处理器.尽管处理器制造商已采取相应防御措施,但相关变种攻击仍不断被研究... 瞬态执行攻击利用处理器优化措施绕过安全检查,进而通过隐蔽信道传输并窃取敏感信息.其中,Meltdown和Spectre攻击尤为知名,波及包括Intel,ARM,AMD在内的主流商用处理器.尽管处理器制造商已采取相应防御措施,但相关变种攻击仍不断被研究人员发现并公之于众.为深化对瞬态执行攻击的理解并实施有效防御,对各种隐蔽信道下的瞬态执行攻击进行了剖析.首先,提炼出了瞬态执行攻击的共同特征,并系统性构建了全新的瞬态执行攻击模型.其次,总结了现有研究中涉及的各类隐蔽信道,将瞬态执行攻击归纳总结为3类:乱序执行驱动的熔断型攻击、错误分支预测驱动的幽灵型攻击以及错误数据预测驱动的数据采样型攻击,并梳理了各类型攻击的核心要点及关联性.其中,对数据采样型攻击进行了系统性归纳和整理.接着,从隐蔽信道利用、攻击适用场景和微架构通用性3个维度分析和评估了各攻击变种的能力.最后,结合上述针对处理器微架构和隐蔽信道的深入分析与总结,展望了瞬态执行攻击研究的未来研究方向,以期为后续研究工作提供有力支撑. 展开更多
关键词 隐蔽信道 瞬态执行攻击 侧信道攻击 微架构数据采样攻击 缓存侧信道 系统安全
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一种针对Kyber的并行检错密钥恢复方案
13
作者 林自然 程池 +1 位作者 陈鹏 宋明 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期429-442,共14页
侧信道攻击在NIST抗量子密码标准算法Kyber的安全评估中扮演关键角色.然而,实际环境中的测量噪声和环境干扰等因素使得理想的侧信道攻击难以实现.现有方案主要依赖于多数投票或检错纠错方法,以获取更准确的密钥.然而,这两种方法都需要... 侧信道攻击在NIST抗量子密码标准算法Kyber的安全评估中扮演关键角色.然而,实际环境中的测量噪声和环境干扰等因素使得理想的侧信道攻击难以实现.现有方案主要依赖于多数投票或检错纠错方法,以获取更准确的密钥.然而,这两种方法都需要对谕言机进行频繁的询问,从而降低了攻击效率.本文提出了一种高效的基于多比特并行谕言机的密钥攻击方案,与单比特谕言机相比,多比特并行谕言机能够同时判断明文的多个比特位是否正确.该方案应用了并行和检错的思想,在使用多比特并行谕言机对Kyber密钥进行一次粗略恢复的基础上,寻找存在错误的密钥系数块,最后利用多比特并行谕言机重新恢复错误的系数块,获得最终恢复的密钥.理论上,本文方案在并行数为4和8时,最小问询次数分别降低至640和448,相较于多数投票方案分别减少了44.44%和22.22%.实验表明,相较于多数投票方案,本文方案的问询次数在并行数小于4时能减少40%以上,在并行数为8时能减少约20%. 展开更多
关键词 Kyber 密钥不匹配攻击 侧信道攻击 多比特并行谕言机 密钥恢复
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基于冲突的缓存侧信道攻击与驱逐集综述
14
作者 姚梓豪 马自强 +1 位作者 李扬 魏良根 《计算机应用》 北大核心 2025年第7期2070-2078,共9页
缓存侧信道攻击是一种利用计算机缓存共享特性的侧信道攻击手段,对跨处理器、跨虚拟机的目标密码系统构成严重威胁。其中基于冲突的缓存侧信道攻击突破了使用特权指令的限制,能构造一组与目标地址映射到同一缓存集的虚拟地址,即驱逐集,... 缓存侧信道攻击是一种利用计算机缓存共享特性的侧信道攻击手段,对跨处理器、跨虚拟机的目标密码系统构成严重威胁。其中基于冲突的缓存侧信道攻击突破了使用特权指令的限制,能构造一组与目标地址映射到同一缓存集的虚拟地址,即驱逐集,从而造成缓存冲突,进而最终获取目标的隐私数据。构造驱逐集已成为基于冲突的缓存侧信道攻击和推测执行攻击的关键技术之一。因此,对基于冲突的缓存侧信道攻击与驱逐集的研究进行综述。首先,剖析了基于冲突的缓存侧信道攻击的基本原理;其次,分析了驱逐集构造算法的基本原理、发展现状,根据候选地址的操作策略和驱逐集的构造策略不同,将算法分为冲突移除法和冲突渐增法两类;再次,对驱逐集构造算法的影响因素进行了归纳;最后,讨论了基于冲突的缓存侧信道攻击的现状及未来的研究方向。 展开更多
关键词 系统安全 缓存侧信道攻击 驱逐集 虚拟地址 缓存替换策略
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基于CLRM模型的侧信道攻击
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作者 黄海 唐新琳 +3 位作者 吴金明 刘志伟 于斌 赵石磊 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期414-428,共15页
目前关于基于深度学习的侧信道建模类攻击的研究中,建模阶段准确率低,且攻击阶段需要大量的能量迹才能获取正确密钥.本文提出了一种新的网络结构模型CLRM,该模型包含卷积神经网络模块、长短期记忆网络模块以及残差网络模块,通过在残差... 目前关于基于深度学习的侧信道建模类攻击的研究中,建模阶段准确率低,且攻击阶段需要大量的能量迹才能获取正确密钥.本文提出了一种新的网络结构模型CLRM,该模型包含卷积神经网络模块、长短期记忆网络模块以及残差网络模块,通过在残差网络中引入软阈值,使得模型能够自动提取能量迹中的泄露信息,减少了模型所需训练的参数量,还能自适应地对提取的特征信息进行软阈值化处理,进而提升了性能.在ASCAD数据集上,模型的准确率能够达到92.81%,且仅需30条能量迹就能获取到正确的子密钥,相较于其他模型,准确率提升了23.98%,攻击效率提高了40%;在DPAcontestv4数据集上,模型的准确率能够达到90.33%,且仅需2条能量迹就能获取到正确的子密钥,准确率提升了0.41%,攻击效率提高了33.33%. 展开更多
关键词 侧信道攻击 卷积神经网络 长短期记忆网络 残差网络 软阈值
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基于两种新标量表示的安全高效标量乘算法
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作者 程石 胡志 陶铮 《软件学报》 北大核心 2025年第10期4542-4557,共16页
标量乘法是传统椭圆曲线密码(ECC)的核心运算.标量表示决定了标量乘法算法中的迭代方式,进而直接影响算法的安全性和效率.提出两种新的标量表示算法:一种称为规则窗口非相邻算法(ordered window width non-adjacent form,OWNAF),它将传... 标量乘法是传统椭圆曲线密码(ECC)的核心运算.标量表示决定了标量乘法算法中的迭代方式,进而直接影响算法的安全性和效率.提出两种新的标量表示算法:一种称为规则窗口非相邻算法(ordered window width non-adjacent form,OWNAF),它将传统的窗口非相邻算法与随机密钥分割处理相结合,在提升计算效率的同时可以抵抗能量分析攻击;另一种称为窗口联合正则形式(window joint regular form,wJRF),它由传统的联合正则形式改进而来,适用于多标量乘算法,与已有算法相比,在减少基础计算量的同时有着更好的安全性. 展开更多
关键词 标量乘算法 侧信道攻击 窗口非相邻形式 联合正则形式
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面向模块化格基密钥封装机制算法多项式乘法的侧信道安全防护关键技术研究
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作者 赵毅强 孔金笛 +5 位作者 付玉成 张启智 叶茂 夏显召 宋昕彤 何家骥 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第9期3126-3136,共11页
后量子密码算法CRYSTALS-Kyber已被美国国家标准与技术研究院(NIST)标准化为唯一的模块化格基密钥封装机制方案(ML-KEM),以抵御大规模量子计算机的攻击。虽然后量子密码通过数学理论保证了算法的安全性,但在密码实现运算过程中仍面临侧... 后量子密码算法CRYSTALS-Kyber已被美国国家标准与技术研究院(NIST)标准化为唯一的模块化格基密钥封装机制方案(ML-KEM),以抵御大规模量子计算机的攻击。虽然后量子密码通过数学理论保证了算法的安全性,但在密码实现运算过程中仍面临侧信道威胁。该文针对当前后量子密码算法硬件实现中存在的侧信道泄露风险,提出一种随机伪轮隐藏防护技术,通过动态插入冗余模运算与线性反馈移位寄存器(LFSR)随机调度机制,破坏多项式逐点乘法(PWM)关键操作的时序特征,从而混淆侧信道信息相关性。为了验证其有效性,在Xilinx Spartan-6 FPGA平台对安全增强前后的Kyber解密模块进行实现,并开展基于选择密文的相关功耗分析(CPA)。实验结果表明,防护前攻击者仅需897~1 650条功耗迹线即可恢复Kyber长期密钥;防护后在10 000条迹线下仍无法成功破解,破解密钥所需迹线数量显著提高。同时,相较现有的Kyber防护实现方案,该文的安全增强设计在面积开销上优于其他的隐藏方案。 展开更多
关键词 后量子密码算法 侧信道攻击 相关功耗分析 多项式乘法 Kyber
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基于均匀流型逼近与投影的高级加密标准算法相关功耗分析方法
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作者 张润莲 唐瑞锋 +1 位作者 王蒿 武小年 《计算机应用》 北大核心 2025年第6期1895-1901,共7页
侧信道攻击(SCA)中所采集的能量迹数据的高噪声和高维度大幅降低了SCA的效率和密钥恢复的准确率。针对上述问题,提出一种基于均匀流型逼近与投影(UMAP)的高级加密标准(AES)算法相关功耗分析(CPA)方法。所提方法基于欧氏距离计算能量迹... 侧信道攻击(SCA)中所采集的能量迹数据的高噪声和高维度大幅降低了SCA的效率和密钥恢复的准确率。针对上述问题,提出一种基于均匀流型逼近与投影(UMAP)的高级加密标准(AES)算法相关功耗分析(CPA)方法。所提方法基于欧氏距离计算能量迹数据的邻近点集合。首先,通过构建邻接图并计算邻近点之间的相似度得到加权邻接图,从而捕获能量迹数据之间的位置关系以保留数据的局部结构特征;其次,利用拉普拉斯矩阵描述邻接图的结构关系,并通过特征分解取特征值较小的特征向量作为初始化的低维数据;同时,为了保留数据的全局结构特征,使用二进制交叉熵作为优化函数调整数据在低维空间中的位置;此外,为了提升计算效率,在梯度下降过程中使用力导向图布局算法;最后,对降维后的数据进行相关功耗攻击以恢复密钥。实验结果表明,UMAP方法能够有效保留原始能量迹数据的局部和全局结构特征;所提方法能够提高能量迹数据和假设功耗泄露模型之间的相关性,减少恢复密钥所需的能量迹条数,具体地,所提方法恢复单个密钥字节需要的能量迹条数为180,恢复全部16个密钥字节需要的能量迹条数为700;相较于等距特征映射(ISOMAP)降维方法,所提方法恢复所有密钥字节所需的能量迹条数减少了36.4%。 展开更多
关键词 侧信道攻击 均匀流型逼近与投影 相关功耗分析 数据降维 加权邻接图
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针对侧信道信息辅助的基于持久性故障的碰撞攻击的改进
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作者 宋伟 郑世慧 谷利泽 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期565-575,共11页
Zheng等人利用侧信道信息辅助基于持久性故障的碰撞攻击,从而破译冗余检测等针对故障攻击的防御措施,在智能卡上实现了有防护的AES算法并验证了该攻击方法.但是FPGA上实现的算法所收集到的能量曲线存在更大噪声使得该分析方法失效.本文... Zheng等人利用侧信道信息辅助基于持久性故障的碰撞攻击,从而破译冗余检测等针对故障攻击的防御措施,在智能卡上实现了有防护的AES算法并验证了该攻击方法.但是FPGA上实现的算法所收集到的能量曲线存在更大噪声使得该分析方法失效.本文使用基于奇异谱分析的降噪方法,并改进判别碰撞明文字节的统计排序方法,从而成功恢复FPGA上实现的具有算法级防护的AES-128的密钥.此外,针对具有轮级防护措施的SM4实现,本文利用Feistel结构及轮函数中异或操作的特性,优化了Zheng等人的选择明文方法.将选择明文的时间攻击复杂度降低到O(218)并大大加速了分析过程. 展开更多
关键词 基于持久性故障的碰撞攻击 AES SM4 侧信道信息 持久性故障攻击
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针对密码芯片的电磁频域模板分析攻击 被引量:16
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作者 邓高明 赵强 +2 位作者 张鹏 陈开颜 刘晓芹 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期602-610,共9页
在密码运行过程中随机地插入时延是常用的防御时域旁路攻击的方法,该方法可导致密码算法的关键运算步骤在多次运行过程中出现在不同的时刻,以此抵抗时域分析攻击.在深入研究密码芯片电磁辐射产生机理及其数据相关性的基础上,根据能量守... 在密码运行过程中随机地插入时延是常用的防御时域旁路攻击的方法,该方法可导致密码算法的关键运算步骤在多次运行过程中出现在不同的时刻,以此抵抗时域分析攻击.在深入研究密码芯片电磁辐射产生机理及其数据相关性的基础上,根据能量守恒定律分析并通过实验验证了电磁信号的数据相关性从时域经Fourier变换到频域时依然存在,且不受时域信号中随机时间延迟的影响.根据这一特性,提出一种在密码芯片电磁辐射频域信号上进行模板分析的方法.对运行RC4密码算法的微控制器的攻击实验表明,在密码程序中插入随机时延使得时域模板分析失效的情况下,对频域信号的分析依然可以恢复RC4的原始密钥,且不增加攻击的时间复杂度. 展开更多
关键词 旁路攻击 电磁 频域模板分析 密码芯片 RC4
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