AES抗差分功耗分析高效门限实现

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作者 蒲金伟 郑欣 徐迎晖 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2024年第10期2522-2528,共7页

针对AES门限实现结构中存在流水线等待而导致加密效率低的问题,提出一种AES高效门限实现方案.S盒门限实现的流水线级数以及流水线等待严重影响AES门限实现的加密效率.采用Native-AES结构,合并S盒线性映射阶段到状态寄存器中完成,引入面... 针对AES门限实现结构中存在流水线等待而导致加密效率低的问题,提出一种AES高效门限实现方案.S盒门限实现的流水线级数以及流水线等待严重影响AES门限实现的加密效率.采用Native-AES结构,合并S盒线性映射阶段到状态寄存器中完成,引入面向域掩码共3种方法,设计实现了流水线级数仅为3,随机数消耗仅为32bit的2输入共享的S盒门限实现方案.优化调度AES门限实现的加密顺序,降低S盒输入空闲时间到0,从而避免了流水线等待,提高了门限AES的加密吞吐率.实验结果表明,所提出的门限AES完成一次加密仅需179个时钟周期,较目前已提出AES门限实现方案加密吞吐率提高约22%以上.经t检验,所提出的AES高效门限实现具备抗一阶差分功耗分析能力. 展开更多

关键词 AES 差分功耗分析 门限实现 S盒 高效

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DES差分功耗分析攻击设计与实现 被引量：12

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作者 褚杰 丁国良 +1 位作者 邓高明 赵强 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2007年第11期2070-2073,共4页

针对DES(Data Encryption Standard)加密电路,采用了差分功耗分析(Differential Power Analysis,DPA)攻击方式进行解密.该方法是一种典型的功耗类型旁路攻击方式(Side Channel Attacks,SCA),其理论基础为集成电路(ICs)中基本单元CMOS逻... 针对DES(Data Encryption Standard)加密电路,采用了差分功耗分析(Differential Power Analysis,DPA)攻击方式进行解密.该方法是一种典型的功耗类型旁路攻击方式(Side Channel Attacks,SCA),其理论基础为集成电路(ICs)中基本单元CMOS逻辑门在实现加密算法时的物理特征、功耗模型及数据功耗相关特性.结合具体电路,介绍了针对DES加密系统进行的差分功耗分析攻击的设计与实现.目前,实验已经成功地破解了DES加密算法中56位有效密钥中的48位,逐步逼进了最终破解目标.这一结果至少已经表明,由于集成电路功耗等物理信号的泄漏及其在处理不同数据时功耗的差别,未加防护措施的DES加密系统终将难以抵御差分功耗分析的攻击. 展开更多

关键词 加密 DES 旁路攻击 差分功耗分析 汉明距离 功耗模型

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SMS4密码算法的差分功耗分析攻击研究 被引量：11

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作者 白雪飞 郭立 +1 位作者 徐艳华 李志远 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2009年第3期541-544,共4页

SMS4算法是用于无线局域网产品的分组密码算法,本文研究对SMS4密码算法的差分功耗分析攻击方法.通过对算法结构的分析,结合差分功耗分析技术的原理,提出一种面向轮密钥字节的攻击方法.在利用该方法获取最后四轮轮密钥的基础上,即可进一... SMS4算法是用于无线局域网产品的分组密码算法,本文研究对SMS4密码算法的差分功耗分析攻击方法.通过对算法结构的分析,结合差分功耗分析技术的原理,提出一种面向轮密钥字节的攻击方法.在利用该方法获取最后四轮轮密钥的基础上,即可进一步推算出128bit加密密钥.仿真实验结果证明,该攻击方法对SMS4轮运算有效可行,SMS4算法对差分功耗分析攻击是脆弱的,密码硬件设备需要对此类攻击进行防护. 展开更多

关键词 SMS4密码算法 差分功耗分析 攻击

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防御差分功耗分析攻击技术研究 被引量：10

4

作者 汪鹏君 张跃军 张学龙 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第11期2774-2784,共11页

差分功耗分析(DPA)攻击依赖于密码芯片在执行加密/解密过程中功耗与数据及指令的相关性,利用统计学等方法对收集到的功耗曲线进行分析,盗取关键信息,对密码芯片的安全性构成极大威胁。防御DPA攻击技术的开发与研究,已经成为信息安全领... 差分功耗分析(DPA)攻击依赖于密码芯片在执行加密/解密过程中功耗与数据及指令的相关性,利用统计学等方法对收集到的功耗曲线进行分析,盗取关键信息,对密码芯片的安全性构成极大威胁。防御DPA攻击技术的开发与研究,已经成为信息安全领域的迫切需求。该文在归纳DPA攻击原理的基础上,对主流防御DPA攻击技术的理论与设计方法进行概述与分析,指出防御DPA前沿技术的研究进展。重点讨论防御DPA攻击技术的原理、算法流程和电路实现,包括随机掩码技术、功耗隐藏技术、功耗扰乱技术等等,并详细分析这些技术存在的优缺点。最后,对该领域潜在的研究方向与研究热点进行探讨。 展开更多

关键词 信息安全 密码芯片 差分功耗分析(DPA)攻击 防御技术

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差分功耗分析单片机DES加密实现的旁路攻击 被引量：5

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作者 陈开颜 赵强 +1 位作者 褚杰 邓高明 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2007年第11期58-61,共4页

在研究DPA的原理和方法、分析CMOS芯片工作时功率消耗原理的基础上，完成了对DES加密算法的DPA攻击的仿真实现，并对运行在AT89C52单片机上的DES加密程序进行DPA攻击实验，在10^6个明文样本的条件下，成功获得了DES第16轮加密的48位密... 在研究DPA的原理和方法、分析CMOS芯片工作时功率消耗原理的基础上，完成了对DES加密算法的DPA攻击的仿真实现，并对运行在AT89C52单片机上的DES加密程序进行DPA攻击实验，在10^6个明文样本的条件下，成功获得了DES第16轮加密的48位密钥。在验证仿真方法正确性的同时进一步证明了DES加密实现面对DPA攻击的脆弱性。 展开更多

关键词 旁路分析(侧信道分析) 差分功耗分析 DES

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DES差分功耗分析研究及仿真实现 被引量：5

6

作者 章竞竞 李仁发 +1 位作者 李浪 曾庆光 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2010年第33期82-84,111,共4页

在分析CMOS芯片工作时功率消耗原理的基础上,提出一种简洁高效的功耗模型,设计一种针对DES加密算法的差分功耗攻击方案,并在自主开发的功耗分析仿真器上完成破解DES加密算法中的48位子密钥,结果表明未加防护的DES加密系统存在安全隐患,... 在分析CMOS芯片工作时功率消耗原理的基础上,提出一种简洁高效的功耗模型,设计一种针对DES加密算法的差分功耗攻击方案,并在自主开发的功耗分析仿真器上完成破解DES加密算法中的48位子密钥,结果表明未加防护的DES加密系统存在安全隐患,该仿真器亦为功耗攻击方法及抗功耗攻击的研究提供一种简洁、直观、快速、有效的评估平台,最后对抗功耗攻击方法进行分析。 展开更多

关键词 差分功耗分析 功耗分析仿真器 功耗模型 数据加密标准(DES)

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基于FPGA平台的电路级抗差分功耗分析研究 被引量：3

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作者 黄颖 崔小欣 +4 位作者 魏为 张潇 廖凯 廖楠 于敦山 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期652-656,共5页

研究DPA攻击方法以及相应的电路级防护技术,提出在FPGA(现场可编程门阵列)上实现WDDL的设计方法以及适用于FPGA的对称布线技术,随后在FPGA平台上实现一个4位加法器并进行功耗分析。实验结果表明,WDDL电路的功耗波动比普通电路有较明显... 研究DPA攻击方法以及相应的电路级防护技术,提出在FPGA(现场可编程门阵列)上实现WDDL的设计方法以及适用于FPGA的对称布线技术,随后在FPGA平台上实现一个4位加法器并进行功耗分析。实验结果表明,WDDL电路的功耗波动比普通电路有较明显的下降。WDDL结构以一定的芯片面积为代价,可有效降低FPGA功耗与数据的相关性,具有较好的抗DPA(差分功耗分析)攻击性能。 展开更多

关键词 差分功耗分析(DPA) WDDL 对称布线 FPGA

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基于虚拟仪器的差分功耗分析攻击平台 被引量：4

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作者 褚杰 赵强 丁国良 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2008年第5期123-126,共4页

差分功耗分析攻击利用嵌入式加密系统功耗泄漏信号来获取加密系统密钥,将穷举问题转化为数据采集、处理问题。在对DES加密嵌入式系统攻击实验中,基于虚拟仪器的差分功耗分析平台令差分功耗分析攻击的数据采集过程由虚拟仪器应用程序控... 差分功耗分析攻击利用嵌入式加密系统功耗泄漏信号来获取加密系统密钥,将穷举问题转化为数据采集、处理问题。在对DES加密嵌入式系统攻击实验中,基于虚拟仪器的差分功耗分析平台令差分功耗分析攻击的数据采集过程由虚拟仪器应用程序控制进行,而后再对采集的功耗进行分析,能够快速、准确地找到加密系统密钥。较传统的穷举攻击而言,减少了消耗的时间和成本。 展开更多

关键词 差分功耗分析 LABVIEW 虚拟仪器 攻击平台 DES

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一种带掩码AES算法的高阶差分功耗分析攻击方案 被引量：5

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作者 段晓毅 王思翔 +1 位作者 崔琦 孙渴望 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第10期120-125,共6页

鉴于能量分析攻击对密码芯片安全性的严重威胁,对掩码技术进行研究,提出一种通过使用预处理函数对固定值掩码进行攻击的高阶差分功耗分析(HODPA)方案。利用功耗曲线上2个信息点的联合分布绕过掩码对加密系统的保护。开发以MEGA16单片机... 鉴于能量分析攻击对密码芯片安全性的严重威胁,对掩码技术进行研究,提出一种通过使用预处理函数对固定值掩码进行攻击的高阶差分功耗分析(HODPA)方案。利用功耗曲线上2个信息点的联合分布绕过掩码对加密系统的保护。开发以MEGA16单片机为核心的侧信道攻击平台,并在该平台上进行实验验证,结果表明,在不明确掩码具体数值的情况下,一阶DPA无法恢复出正确密钥,HODPA方案仅需约500条功耗曲线即可得到正确密钥,且正误密钥之间区分度高,具有较强的实用性。 展开更多

关键词 掩码技术 预处理函数 差分功耗分析 功耗曲线 AES算法

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AES密码电路抗差分功耗分析设计 被引量：2

10

作者 邹程 张鹏 +1 位作者 邓高明 赵强 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2009年第36期63-65,188,共4页

针对差分功耗分析(DPA)攻击的原理及特点,分析了高级加密标准(AES)的DPA攻击弱点,采用掩盖(Masking)的方法分别对AES算法中字节代换部分(SubBytes)及密钥扩展部分进行了掩盖,在此基础上完成了AES抵御DPA攻击的FPGA硬件电路设计。通过对... 针对差分功耗分析(DPA)攻击的原理及特点,分析了高级加密标准(AES)的DPA攻击弱点,采用掩盖(Masking)的方法分别对AES算法中字节代换部分(SubBytes)及密钥扩展部分进行了掩盖,在此基础上完成了AES抵御DPA攻击的FPGA硬件电路设计。通过对该AES的FPGA电路的差分功耗攻击实验验证,该方法能够很好地抵抗DPA攻击。 展开更多

关键词 差分功耗分析(DPA) 掩盖 高级加密标准(AES)

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一种防御差分功耗分析的ECC同种映射模型 被引量：2

11

作者 邬可可 李慧云 闫立军 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第10期115-119,125,共6页

现有的公钥密码研究大多是以增加椭圆曲线密码体制(ECC)的冗余操作来抵御差分功耗分析(DPA)攻击,但会降低ECC的运行效率,从而影响ECC在运算环境受限的密码设备中的使用。为此,以增强ECC的功耗安全和提高计算效率为目标,基于椭圆曲线同... 现有的公钥密码研究大多是以增加椭圆曲线密码体制(ECC)的冗余操作来抵御差分功耗分析(DPA)攻击,但会降低ECC的运行效率,从而影响ECC在运算环境受限的密码设备中的使用。为此,以增强ECC的功耗安全和提高计算效率为目标,基于椭圆曲线同种映射理论,建立椭圆曲线等价变换模型,并设计一种能防御DPA攻击ECC的安全方法,通过变换椭圆曲线点乘运算的表现形式,消除点乘运算与泄漏的功耗信息的相关性,从而防御DPA攻击ECC。效率及安全性评估结果表明,该方法没有增加ECC的额外计算开销,且能够防御DPA攻击。 展开更多

关键词 椭圆曲线密码体制 差分功耗分析 简单功耗分析 侧信道分析 同种映射 点乘

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数据加密标准密码系统差分功耗分析攻击 被引量：1

12

作者 褚杰 赵强 +1 位作者 丁国良 邓高明 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1039-1043,共5页

为揭示密码系统运行时功耗所导致的信息泄漏,分析了静态CMOS门数据功耗相关性,介绍了以AT89C52单片机实现的数据加密标准(DES)密码系统为目标的差分功耗分析(DPA)攻击的设计与实现。提出了寄存器中静态CMOS门功耗模型,解释了DPA中选择函... 为揭示密码系统运行时功耗所导致的信息泄漏,分析了静态CMOS门数据功耗相关性,介绍了以AT89C52单片机实现的数据加密标准(DES)密码系统为目标的差分功耗分析(DPA)攻击的设计与实现。提出了寄存器中静态CMOS门功耗模型,解释了DPA中选择函数D是如何将功耗曲线分入两个具有不同功耗特征的集合,使得由数据推断功耗和由功耗推断数据的思路更加清晰。DPA攻击获得了DES第16轮加密的48位子密钥。由此可知由于CMOS门数据功耗相关性,未加防护措施的DES密码系统终将难以抵御DPA的攻击。 展开更多

关键词 计算机科学技术基础学科 差分功耗分析 静态CMOS 数据功耗相关性 功耗模型 选择函数 密码系统 数据加密标准

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IC卡芯片DES加密差分功耗分析方法 被引量：2

13

作者 李菁 李林森 《计算机工程》 CAS CSCD 2013年第7期200-204,共5页

针对IC卡芯片在数据加密标准(DES)加密运算过程中的功耗泄露问题,利用IC卡芯片的旁路功耗攻击方法,分析IC卡芯片在加密工作时的功率消耗特性,采用基于S盒输出的功耗区分函数,提出一种新的差分功耗分析(DPA)和相关性分析方法。通过Inspec... 针对IC卡芯片在数据加密标准(DES)加密运算过程中的功耗泄露问题,利用IC卡芯片的旁路功耗攻击方法,分析IC卡芯片在加密工作时的功率消耗特性,采用基于S盒输出的功耗区分函数,提出一种新的差分功耗分析(DPA)和相关性分析方法。通过Inspector平台对某款IC卡芯片的DES加密运算进行DPA攻击测试,破解DES加密密钥,结果验证了该方法的正确性。 展开更多

关键词 旁路分析 差分功耗分析 DES加密 S盒 功耗区分函数 相关性分析

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FPGA密码芯片差分功耗分析仿真研究

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作者 丁国良 赵强 +1 位作者 禇杰 邓高明 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2007年第22期103-105,共3页

在分析FPGA组成结构特点的基础上,根据FPGA功耗产生的机理,提出了一种FPGA功耗模型。针对DES加密的DPA,实现了DPA仿真平台,并利用该模型和仿真平台验证了FPGA实现DES加密算法对DPA攻击的脆弱性。

关键词 旁路攻击 功耗泄漏模型 差分功耗分析 FPGA

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差分功耗分析攻击下密码芯片风险的量化方法

15

作者 徐开勇 方明 +2 位作者 杨天池 孟繁蔚 黄惠新 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2013年第6期1642-1645,共4页

针对差分功耗分析(DPA)攻击的原理及特点,利用核函数估算密码芯片工作过程中功耗泄漏量的概率分布密度,通过计算密钥猜测正确时攻击模型与功耗泄漏量之间的互信息熵,将密码芯片在面对DPA攻击时所承受的风险进行了量化。实验表明,该风险... 针对差分功耗分析(DPA)攻击的原理及特点,利用核函数估算密码芯片工作过程中功耗泄漏量的概率分布密度,通过计算密钥猜测正确时攻击模型与功耗泄漏量之间的互信息熵,将密码芯片在面对DPA攻击时所承受的风险进行了量化。实验表明,该风险量化方法能够很好地估算出密钥猜测正确时攻击模型与功耗泄漏量之间的相关度,并为完整的密码芯片风险分析提供重要指标。 展开更多

关键词 差分功耗分析攻击 风险值量化 核函数 互信息熵 密码芯片

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面向DES加密算法的差分功耗分析攻击方法

16

作者 孙海涛 赵强 何循来 《兵工自动化》 2007年第6期53-55,共3页

基于旁路攻击原理,针对运行DES密码算法的密码系统,先进行N次密码运算,获取N个随机明文输入。再定义与密钥密切相关的函数,将基于采样时间点的信号数组集合分成两个子集合并计算其平均功耗值。同时观察差分功耗曲线某个位置是否出现明... 基于旁路攻击原理,针对运行DES密码算法的密码系统,先进行N次密码运算,获取N个随机明文输入。再定义与密钥密切相关的函数,将基于采样时间点的信号数组集合分成两个子集合并计算其平均功耗值。同时观察差分功耗曲线某个位置是否出现明显尖峰判断之前密匙猜测是否正确。最后通过推算及差分功率分析其攻击,获取DES密码算法中第16轮子密钥K16。并从实验平台上实现了差分功耗分析攻击。 展开更多

关键词 DES密码算法 差分功耗分析攻击 密钥猜测 旁路攻击

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基于代数表达式功耗模型的差分功耗分析攻击 被引量：4

17

作者 蔡泽民 王奕 李仁发 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2014年第2期448-451,463,共5页

差分功耗分析(DPA)攻击被证明是一种非常有效的针对加密设备的攻击方法,但目前存在的几个版本的DPA攻击方法对差分信息的需求量过高,且抗干扰能力有限、稳定性不强。在研究DPA攻击的基础上对DPA攻击方法进行了重构,简化DPA攻击复杂度,... 差分功耗分析(DPA)攻击被证明是一种非常有效的针对加密设备的攻击方法,但目前存在的几个版本的DPA攻击方法对差分信息的需求量过高,且抗干扰能力有限、稳定性不强。在研究DPA攻击的基础上对DPA攻击方法进行了重构,简化DPA攻击复杂度,并提出基于代数表达式功耗模型的DPA攻击方法,该方法能够提高攻击的准确性,降低DPA攻击对差分信息的需求量。在SASEBO-GII实验平台上的实验结果表明,在不增加时间复杂度的前提下,提出的方法能够将针对硬件执行高级加密标准算法(AES)的DPA攻击对差分信息的需求量从数千条降到数百条,甚至更低。 展开更多

关键词 差分功耗分析 高级加密标准 代数表达式 功耗模型

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防止差分功耗分析攻击的软件掩码方案 被引量：3

18

作者 徐佩 傅鹂 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2016年第1期245-248,共4页

以差分功耗分析(DPA)为代表的旁路攻击对包含AES算法的加密设备构成了极大威胁,目前关于防御DPA的方法研究主要针对硬件加密电路,对软件加密系统研究不足。提出一种引入掩码矩阵的软件防护方案,对智能卡加密算法运行过程中每个可能泄露... 以差分功耗分析(DPA)为代表的旁路攻击对包含AES算法的加密设备构成了极大威胁,目前关于防御DPA的方法研究主要针对硬件加密电路,对软件加密系统研究不足。提出一种引入掩码矩阵的软件防护方案,对智能卡加密算法运行过程中每个可能泄露的中间值添加随机掩码,并对掩码矩阵采取动态更新策略以提高效率。实验结果表明,提出的方案具有抵抗差分功耗攻击的能力,同时效率相较于未采用动态更新的方案提高了将近1倍,该方案设计简单且易于实现,从而为智能卡的安全设计提供参考。 展开更多

关键词 差分功耗分析 AES 智能卡 掩码矩阵 随机掩码 动态更新

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抗差分功耗分析攻击的AES S盒电路设计 被引量：3

19

作者 曾永红 叶旭鸣 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2010年第9期20-22,共3页

提出一种抗差分功耗分析攻击的高级加密标准(AES)异步S盒电路。采用复合域算法实现精简的S盒结构,通过引入单轨异步流水线降低整个S盒的功耗,在单轨电路中局部采用异步双轨电路,利用随机数控制下的数据扰乱机制,改善电路的抗差分功耗分... 提出一种抗差分功耗分析攻击的高级加密标准(AES)异步S盒电路。采用复合域算法实现精简的S盒结构,通过引入单轨异步流水线降低整个S盒的功耗,在单轨电路中局部采用异步双轨电路,利用随机数控制下的数据扰乱机制,改善电路的抗差分功耗分析攻击性能,建立S盒差分功耗分析攻击仿真平台,对设计的相关性能进行了仿真验证和测试。 展开更多

关键词 差分功耗分析 高级加密标准 S盒 数据扰乱机制

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SM4抗差分功耗分析轻量级门限实现 被引量：1

20

作者 蒲金伟 高倾健 +1 位作者 郑欣 徐迎晖 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2023年第11期3490-3496,共7页

针对SM4门限实现(TI)面积大、随机数消耗多的问题,提出一种SM4门限实现的改进方案。在满足门限实现理论的情况下,对S盒非线性求逆进行了无随机共享,并引入面向域的乘法掩码方案,将S盒随机数消耗减少至12 bit;基于流水线思想,设计了新的8... 针对SM4门限实现(TI)面积大、随机数消耗多的问题,提出一种SM4门限实现的改进方案。在满足门限实现理论的情况下,对S盒非线性求逆进行了无随机共享,并引入面向域的乘法掩码方案,将S盒随机数消耗减少至12 bit;基于流水线思想,设计了新的8 bit数据位宽的SM4串行体系结构,复用门限S盒,并优化SM4线性函数,使SM4门限实现面积更加紧凑,仅6513 GE,相较于128 bit数据位宽的SM4门限实现方案,所提方案的面积减小了63.7%以上,并且更好地权衡了速度和面积。经侧信道检验,所提出的改进方案具备抗一阶差分功耗分析(DPA)能力。 展开更多

关键词 SM4 差分功耗分析 门限实现 S盒 非线性求逆 无随机共享 面向域的乘法掩码方案

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