基于时间相关单光子计数技术的密码芯片光辐射分析

密码芯片运行时的光辐射可泄露其操作和数据的重要特征信息. 基于单光子探测技术, 设计并构建了针对CMOS半导体集成电路芯片光辐射信号的采集、传输、处理和分析的光电实验系统. 以AT89C52单片机作为实验对象, 采用时间相关单光子计数技术, 对不同工作电压下密码芯片的光辐射强度进行了对比, 分析了芯片指令级光辐射信息的操作依赖性和数据依赖性. 此外, 使用示波器对时间相关单光子计数技术在芯片光辐射分析上的可行性进行了验证. 实验结果表明, 采用时间相关单光子计数技术对密码芯片进行光辐射分析, 是一种直接有效的中低等代价光旁路分析攻击手段, 对密码芯片的安全构成了严重的现实威胁.     

基于Hamming weight和泄漏光子数的高级加密标准密码芯片光辐射分析攻击

通过研究密码芯片运行时的光辐射迹及其数据依赖性, 建立了操作数汉明重量与泄漏光子数的对应关系, 提出了一种简单有效的针对高级加密标准(AES)加密算法的密码芯片光辐射分析方法. 根据密码芯片运行时的光泄漏特性, 利用时间相关单光子计数技术搭建了光辐射分析攻击实验平台, 在AES加密算法执行第一次的轮密钥加操作后和字节替换操作后分别进行光泄露信号采集, 对基于操作数Hamming weight和AES密码芯片泄漏光子数对应关系的密钥分析攻击方法的有效性进行了实验验证, 通过选择几组明文成功地破解了AES加密算法的密钥. 实验结果表明, 当密码芯片的泄露光子数与操作数的汉明重量呈近似线性关系时, 该种光辐射密钥分析攻击方法对AES密码芯片的安全性构成了严重的威胁.