加密系统分为对称加密系统和非对称加密系统,但是单独使用其中一个会遇到安全性或效率问题。因此,为了同时保证安全性和效率,现代加密系统将对称加密系统和非对称加密系统结合,形成了混合加密系统。混合加密系统一般分为两个阶段:基于公钥加密算法的密钥协商阶段和基于对称加密算法的数据加密阶段。但是,面对量子计算机的威胁,像RSA(Rivest,Shamir,Adleman)和ECC(Elliptic Curve Cryptography)之类的传统的公钥加密算法也不再安全,因此以后量子密码算法替代传统的公钥加密算法成为现代混合加密系统的必然趋势。本文基于三种实际的密码芯片,从旁路分析的角度对现代混合加密系统进行全面的实现安全性评估,旨在从攻防两端提高现代加密系统的安全性。首先,本文对混合加密系统的第一阶段——密钥协商阶段进行了安全性评估。我们以美国国家标准局征集的后量子密码算法——超奇异同源椭圆曲线密码算法为例,提出了一种差分电磁旁路攻击方法,来恢复密钥协商阶段的私钥。在此基础上,本文提出了一种基于窗口的抗差分电磁旁路攻击的防御策略,来保护超奇异同源椭圆曲线后量子密码算法的安全性。然后,对于混合加密系统的第二阶段——数据加密阶段,针对最常用的对称加密算法AES(Advanced Encryption Standard)算法,我们提出了三种时序加扰防护策略,来防御传统的差分功耗分析攻击。在此基础上,本文提出了一种基于小波分析的针对随机时序加扰防护的攻击框架来恢复对称加密算法的密钥,包括小波去噪,小波对齐和小波密钥恢复,并对该小波攻击框架的性能与效果进行了全面的评价与分析。通过该研究,发现混合加密系统的两个阶段都可能会受到旁路分析攻击威胁,其在实际密码芯片上的实现的安全性需要受到更多重视。本文的创新点在于在三种不同的密码芯片平台——8位通用微处理器、ARM处理器以及FPGA(Field Programmable Gate Array)上,分别对后量子密码算法和加有时序加扰防护的对称加密算法提出了有效的攻击方法,并为后量子密码算法提出了抗旁路分析攻击的防护策略,为混合加密系统的安全性研究提供了理论和实践上的指导作用。