随着信息时代的到来,电子信息技术越来越成熟,物联网(Internet of Things,Io T)技术已经在社会生活的各个领域中广泛应用。物联网在使生活更加方便快捷的同时,也埋下了诸多安全隐患。嵌入式设备是物联网应用系统的重要媒介,它们大多是...
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随着信息时代的到来,电子信息技术越来越成熟,物联网(Internet of Things,Io T)技术已经在社会生活的各个领域中广泛应用。物联网在使生活更加方便快捷的同时,也埋下了诸多安全隐患。嵌入式设备是物联网应用系统的重要媒介,它们大多是采用电池供电并且对待机时长有严苛的要求,对功耗有着严格的限制。基于以上,针对适应极端功耗环境的安全轻量级密码算法的研究工作具有重要的意义。磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)是一种新型的自旋电子器件,具有非易失性、高速度读写数据等良好性能,并且容易集成到CMOS电路中。此外,磁隧道结的低泄漏功率特性,使其在低功耗密码算法电路设计研究中具有广阔前景。因此,本文采用MTJ/CMOS混合型架构设计轻量级密码算法电路,探索在不削弱电路抗功耗攻击能力的前提下能进一步降低电路功耗的实现方案,该研究对于轻量级密码算法的发展有深远的意义。功耗分析攻击作为当今主流的密码破解方法,对密码算法的安全性有着极大的威胁。为了在芯片设计阶段快捷评估密码芯片的安全性,论文分别搭建了门级和电路级功耗采集和攻击平台。在门级,基于Prime Time PX仿真工具搭建了功耗采集和攻击平台;在电路级,基于Candence Spectre仿真工具搭建了电路级功耗采集和攻击平台。之后,本文选取轻量级分组密码算法PRESENT作为实验对象,以相关性功耗(Correlation Power Analysis,CPA)攻击作为研究手段,分别从算法级和电路级实现了该密码算法并且采用了多种的抗功耗攻击防护方案。算法级防护方案采用了随机值掩码方案。在电路级上,采用了MTJ和CMOS相结合的方式设计了PRESENT密码算法的防护电路。使用门级功耗采集和攻击平台评估算法级防护方案的安全性。使用电路级功耗采集和攻击平台评估电路级防护方案的安全性。经过实验证明,在无防护措施的情况下,无论并行实现还是串行实现的PRESENT密码算法的密钥信息很容易被攻击破解,安全性较差。随机值掩码防护方案虽然具有一定的防护能力,但是功耗代价较高,而MTJ/CMOS混合型电路结构防护方案都可以有效地抵御CPA攻击,在提高密码算法的安全性,功耗代价增加有限。研究表明采用双轨查找表结构的MTJ/CMOS混合型电路防护方案与同样结构的标准CMOS电路实现方案相比,能耗降低了19%,这对未来关于安全轻量级密码算法的研究具有一定的参考意义。
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