【摘 要】
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侧信道攻击技术已经作为密码学研究领域密切的关注点和重要分支,功耗分析攻击技术已经成为侧信道攻击技术中最常用的攻击方法之一,通过物理通道利用辅助的设备对正在执行的密码算法或安全设备等进行功耗的采集,分析功耗曲线的相关信息来获取我们需要的关键信息。与电磁辐射攻击、错误攻击、时序攻击、模板攻击、缓存等攻击方式相比较,侧信道功耗分析攻击具有实现简单、攻击效果明显和易于分析等特点,因此侧信道功耗攻击技术受到
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侧信道攻击技术已经作为密码学研究领域密切的关注点和重要分支,功耗分析攻击技术已经成为侧信道攻击技术中最常用的攻击方法之一,通过物理通道利用辅助的设备对正在执行的密码算法或安全设备等进行功耗的采集,分析功耗曲线的相关信息来获取我们需要的关键信息。与电磁辐射攻击、错误攻击、时序攻击、模板攻击、缓存等攻击方式相比较,侧信道功耗分析攻击具有实现简单、攻击效果明显和易于分析等特点,因此侧信道功耗攻击技术受到了研究者们的青睐。侧信道攻击技术的不断创新、突破,也促使侧信道防护技术的迅速发展,不同类型的防护方案被相继提出。侧信道攻击技术与防护技术彼此之间相互制约与促进,使得侧信道分析技术全面快速的发展。SM4分组密码算法是我国第一个公布的应用于商用的密码算法,并制定为国家WAPI标准主要用于确保无线局域网数据信息传输的安全,得到了广泛的应用和进一步的推广,向国际社会展示我国密码学的研究水平,同时对我国密码学的研究发展有着非常重要的意义。SM4密码算法在侧信道攻击技术的不断更新,而防护方案也在同步的升级,这样侧信道分析技术能够快速的全面提升。本文主要围绕SM4密码算法在侧信道相关领域等方面的研究工作主要做了以下几点内容:⑴研究SM4密码算法的原理,并详细分析了算法中唯一的非线性单位S盒,完成对SM4算法硬件代码模块的设计。利用仿真软件对SM4算法的硬件代码进行仿真,验证算法加解密功能的正确性,也对本文SM4算法在侧信道攻击技术和防护方案的实验仿真提供了保障。⑵研究了侧信道分析的攻击技术,设计了关于SM4密码算法在侧信道分析中的相关功耗分析（Correlation Power Analysis,CPA）、差分功耗分析（Differential Power Analysis,DPA）和注入电磁故障的攻击方法。利用中间数据的汉明重量模型来表征功耗信息,结合相关的应用程序和硬件搭建了实验测试平台。并利用该实验平台对攻击方法进行实验的仿真与测试,采集到密码算法轮密钥的相关功耗曲线,依据SM4算法原理推导出算法的主密钥信息,以及注入故障攻击的产生错误密文对也成功恢复了算法的主密钥信息。实验证明了这些设计的攻击方法对SM4算法的攻击是有效的。⑶研究了侧信道分析防护的技术,针对SM4密码算法的非线性S盒部分,提出了乘法掩码和加法、乘法混合掩码的防护方案。依据S盒的代数结构,从复杂且不易于实现的有限域（28）转换到易于实现(（（22）2）2域上进行重新构造,去除掩码的整个推导过程。通过采用同样的攻击方法进行实验仿真与测试,验证了该算法采用掩码对策后,无法获取SM4密码算法的主密钥信息。通过与其他相关掩码方案性能参数相比较,本文在SM4算法关于侧信道防护技术上设计的掩码方案是可行的。
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