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具有故障概率分析功能的故障注入攻击平台的设计与应用
1
作者 周大伟 吴童 王丹 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第3期101-107,共7页
针对故障攻击中数据需求量大、方法可移植性不强、抗噪性不强、计算复杂度高等问题,设计了一套具有故障概率分析功能的故障注入攻击平台。该平台由攻击目标、故障注入控制器、示波器监控模块和数据采集处理模块构成。利用该平台以MCU密... 针对故障攻击中数据需求量大、方法可移植性不强、抗噪性不强、计算复杂度高等问题,设计了一套具有故障概率分析功能的故障注入攻击平台。该平台由攻击目标、故障注入控制器、示波器监控模块和数据采集处理模块构成。利用该平台以MCU密码靶为攻击对象,开展了故障注入攻击教学与探索性实验。借助该平台展示各型故障注入攻击的密钥恢复过程,可以使学生更好地掌握故障攻击、泄漏测量和评估技术,培养学生的实践动手能力及知识综合运用能力。 展开更多
关键词 故障注入攻击 故障概率 模板攻击 互信息分析 关联性分析
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集成电路故障注入攻击仿真方法 被引量：5
2
作者 徐松 刘强 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第8期1563-1569,共7页
故障注入攻击以设备要求低、效果显著逐渐成为芯片攻击的一种有效手段,对集成电路信息安全构成了严重威胁.为了尽早发现集成电路设计中的安全隐患,设计者需要简单有效的方法在设计阶段检测设计的抗故障注入攻击能力.为此,提出一种故障... 故障注入攻击以设备要求低、效果显著逐渐成为芯片攻击的一种有效手段,对集成电路信息安全构成了严重威胁.为了尽早发现集成电路设计中的安全隐患,设计者需要简单有效的方法在设计阶段检测设计的抗故障注入攻击能力.为此,提出一种故障注入攻击软件仿真方法.首先设置3个基本参数生成包含故障数据的控制文件,构建复杂故障模型以模拟各种故障注入攻击技术;然后综合待测电路源码得到网表,在网表中插入采用可综合的硬件描述语言实现的故障注入逻辑得到新网表;再将新网表送入仿真器中仿真,仿真过程中故障注入逻辑自动读取控制文件将故障注入到待测电路中,同时收集待测电路输出;最后评估程序分析收集到的输出数据,给出评估报告.当待测电路提交给仿真系统后,系统自动完成故障注入攻击模拟和安全评估操作,给出待测电路抗故障注入攻击能力评估报告.对AES-128加密电路进行故障注入攻击和差分故障分析的实验结果表明,该方法简单有效;AES-128电路对翻转故障敏感,其输出端口的一些字节更容易出现错误,需要加强防护. 展开更多
关键词 仿真 故障注入攻击 集成电路安全
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AES相关故障注入攻击 被引量：5
3
作者 王省欣 胡伟 +2 位作者 谭静 朱嘉诚 唐时博 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期192-199,208,共9页
由于故障注入攻击方法大多对故障注入的位置、时机和数量有严格的要求,密钥恢复过程中往往需要复杂的数学分析,或者需要大量时间来训练故障攻击模板,故提出一种针对不同密钥长度高级加密标准算法实现的简单相关故障注入攻击方法,利用高... 由于故障注入攻击方法大多对故障注入的位置、时机和数量有严格的要求,密钥恢复过程中往往需要复杂的数学分析,或者需要大量时间来训练故障攻击模板,故提出一种针对不同密钥长度高级加密标准算法实现的简单相关故障注入攻击方法,利用高级加密标准故障效应传播中的相关关系恢复密钥。该攻击方法对故障注入位置和数量要求更为灵活,且只需通过简单的相关性分析即可破解密钥。实验结果表明:在不同密钥长度高级加密标准算法实现倒数第3轮(N_(r)-2)列混合变换前至S盒变换之间任意位置注入随机故障后,分析最后一轮S盒输入的故障效应相关关系即可恢复最后一轮的轮密钥;在192位和256位高级加密标准算法实现倒数第4轮(N_(r)-3)列混合变换前至S盒变换之间任意位置注入随机故障后可恢复倒数第2轮(N_(r)-1)列的轮密钥。该方法的密钥搜索复杂度为216,只需2个正确-错误密文对或同一明文下的4条错误密文即可恢复128位高级加密标准初始密钥;只需4个正确-错误密文对或同一明文下的8条错误密文即可恢复192和256位高级加密标准初始密钥。 展开更多
关键词 侧信道分析 故障注入攻击 相关故障分析 高级加密标准
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电磁故障注入攻击对动态随机存取存储器安全性的影响研究 被引量：3
4
作者 刘强 唐鸿辉 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期2449-2457,共9页
以探索电磁故障注入(EMFI)攻击对动态随机存取存储器(DRAM)的安全性影响为目标,该文使用电磁故障注入攻击平台对DRAM进行了扫描攻击,对出现的故障进行统计分类,随后基于DRAM的基本结构分析阐述了造成故障的机理,最后展示了通过电磁脉冲... 以探索电磁故障注入(EMFI)攻击对动态随机存取存储器(DRAM)的安全性影响为目标,该文使用电磁故障注入攻击平台对DRAM进行了扫描攻击,对出现的故障进行统计分类,随后基于DRAM的基本结构分析阐述了造成故障的机理,最后展示了通过电磁脉冲攻击DRAM对计算机系统的安全威胁。实验表明电磁脉冲在DRAM中既可以引起瞬时故障也可以引起持续性故障,且以多故障为主。分析发现,电磁脉冲故障攻击技术可以以低的时间和空间分辨率向DRAM的指定地址注入持续性故障。另外,该文成功地将持续性故障注入到了存储在DRAM中的AES-128程序中并破解了其密钥,证明了使用电磁脉冲对DRAM进行攻击能对计算机系统造成安全威胁,展示了DRAM安全性的研究对硬件系统安全具有重要意义。 展开更多
关键词 硬件安全 电磁故障注入攻击 动态随机存取存储器
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基于指令扩展的RISC-V可配置故障注入检测方法
5
作者 刘强 李一可 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第1期43-52,共10页
针对处理器运行时受到故障攻击出现的数据流错误,提出了一种面向RISC-V处理器微架构的模式可配置故障注入检测方法。该方法基于RISC-V指令集架构,利用其可扩展性添加带模式配置的自定义算术逻辑运算指令和控制与状态寄存器,以软硬件结... 针对处理器运行时受到故障攻击出现的数据流错误,提出了一种面向RISC-V处理器微架构的模式可配置故障注入检测方法。该方法基于RISC-V指令集架构,利用其可扩展性添加带模式配置的自定义算术逻辑运算指令和控制与状态寄存器,以软硬件结合的方式同时实现算术逻辑运算和故障注入检测。在软件层面,通过写寄存器指令将配置信息写入自定义的控制与状态寄存器,配置自定义指令的故障注入检测模式,包括信息冗余和时间冗余2种故障注入检测模式及其参数;在硬件层面,实现了支持模式可配置故障注入检测方法的RISC-V处理器微架构。采用仿真器命令模拟故障注入,验证扩展后的RISC-V处理器的功能正确性与故障注入检测能力。实验结果表明:当信息冗余模式和时间冗余模式的应用频率相同时,模式可配置方法相较于单信息冗余方法,平均故障检测率提高13.34%,引入4.4%的平均资源开销;相较于单时间冗余方法,降低了8.24%的平均时间开销,故障检测率降低了13.33%。所提模式可配置方法可以实现故障检测率和时间开销的折中,适用于不同安全性和性能需求的应用场景。 展开更多
关键词 硬件安全 故障注入攻击对策 故障注入检测 RISC-V处理器 指令扩展
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近红外激光故障注入系统在密码芯片攻击中的应用 被引量：4
6
作者 刘辉志 赵东艳 +2 位作者 张海峰 唐晓柯 胡晓波 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第22期225-230,共6页
首先概括了当前流行的密码芯片攻击方法及优缺点,然后介绍了近红外激光故障注入系统,并详细描述了近红外激光故障注入理论、系统组成、工作原理,及实验设备与参数。以DES(data encryption standard)算法为例,通过数学推导,采用DFA(diffe... 首先概括了当前流行的密码芯片攻击方法及优缺点,然后介绍了近红外激光故障注入系统,并详细描述了近红外激光故障注入理论、系统组成、工作原理,及实验设备与参数。以DES(data encryption standard)算法为例,通过数学推导,采用DFA(differential fault analysis)方法恢复密钥。最后,根据实验室搭建的近红外激光故障注入系统对芯片背面进行了故障攻击实验,在无任何防御措施下获取了DES算法密钥。通过实验,以及结合对有关防御方法的深入分析,展示了近红外激光故障注入攻击对密码芯片的具大威胁。 展开更多
关键词 近红外激光 密码芯片 故障注入攻击 DFA DES算法
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一种混合粒度奇偶校验故障注入检测方法 被引量：3
7
作者 王沛晶 刘强 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期821-826,共6页
为了实现高效的抗故障注入攻击,提出了一种混合粒度奇偶校验故障注入检测方法。传统奇偶校验检测方法为每n比特设置一个奇偶位,表示该n比特的奇偶性。随着n的减小,奇偶位个数增加,资源消耗增加,检测率提高。为了实现故障检测率和资源消... 为了实现高效的抗故障注入攻击,提出了一种混合粒度奇偶校验故障注入检测方法。传统奇偶校验检测方法为每n比特设置一个奇偶位,表示该n比特的奇偶性。随着n的减小,奇偶位个数增加,资源消耗增加,检测率提高。为了实现故障检测率和资源消耗的折中,对电路故障注入敏感部分或关键部分处理的数据采用细粒度奇偶校验(即n值较小),对其他部分采用粗粒度奇偶校验。以RC5加密算法为例,阐述了混合粒度奇偶校验故障检测方法的原理和应用,并对不同粒度奇偶校验方法的故障检测率及资源使用进行了理论分析。实验结果表明,与整个RC5电路都采用字(n=32 bit)奇偶校验相比,混合粒度奇偶校验故障注入检测方法可以提高故障检测率29. 44%,仅增加资源消耗2. 48%。 展开更多
关键词 奇偶校验 混合粒度故障检测 故障检测率 故障注入攻击 现场可编程门阵列(FPGA)
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故障攻击硬件仿真中低成本电路状态控制方法
8
作者 刘强 李博超 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期555-559,共5页
为了解决基于FPGA的故障注入攻击仿真中,由于使用全扫描方法处理待测电路造成的逻辑资源消耗大的问题,提出一种用部分扫描电路实现电路状态完全可控的方法,即在任何时刻都可以改变电路中所有触发器的值,模拟故障注入攻击,进而在设计阶... 为了解决基于FPGA的故障注入攻击仿真中,由于使用全扫描方法处理待测电路造成的逻辑资源消耗大的问题,提出一种用部分扫描电路实现电路状态完全可控的方法,即在任何时刻都可以改变电路中所有触发器的值,模拟故障注入攻击,进而在设计阶段对集成电路的安全性进行早期评估。将电路抽象为图,扩展平衡结构部分扫描测试方法,通过扫描触发器选择和触发器使能添加实现对所有触发器的同时控制。采用SAT可满足性算法,基于电路逻辑产生故障测试矢量集,实现故障注入仿真。结果表明,相较于全扫描电路,部分扫描方法以新增少量输入端口为代价,平均减少28.04%的扫描触发器,进而降低故障注入攻击硬件仿真的逻辑资源消耗。 展开更多
关键词 计算机辅助技术 部分扫描 故障注入攻击 硬件仿真 状态控制 可满足性问题
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基于未知故障模型的多重持续故障分析
9
作者 毛红晶 程驭坤 胡红钢 《信息网络安全》 CSCD 北大核心 2023年第5期41-49,共9页
持续故障分析是2018年提出的一种新型故障分析技术,该技术引起了国内外学者的广泛关注。目前虽然已经提出了各种针对不同密码系统的相关分析方法,但针对未知故障数量的故障模型的研究仍然一片空白。然而这是一种更为实际的攻击条件,尤... 持续故障分析是2018年提出的一种新型故障分析技术,该技术引起了国内外学者的广泛关注。目前虽然已经提出了各种针对不同密码系统的相关分析方法,但针对未知故障数量的故障模型的研究仍然一片空白。然而这是一种更为实际的攻击条件,尤其在多故障时,攻击者难以控制原始值集合与故障值集合没有重合。基于此,文章提出一种相对宽松的故障模型下的多重持续故障分析模型。攻击者无需知道任何关于故障值、位置,甚至数量的信息。充分利用持续故障在所有加密过程中保持不变的特性,利用密文不同字节的结果缩小故障值范围,最终达到恢复密钥的目的。理论证明和仿真实验验证了分析模型的有效性。以AES-128算法为例,在仅密文的条件下仅使用150条密文就可以将候选密钥数量控制在很小的范围内,攻击成功率为99%以上,有效减少了所需密文数量。当频繁更换密钥后,成功通过增加循环轮数恢复密钥,显著降低了攻击难度。 展开更多
关键词 持续故障分析 侧信道攻击 AES算法 故障注入攻击
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