基于aes算法智能卡攻击与防御研究

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1、学位论文版权使用授权书n婆ull!IIIIIIfll凹llIllllIfll719II38lllrilifII—JIll删㈣舢4本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：夕易狍签字日期：y72年6月￡日摊名：蠲签字日期：力刃多年多月j一日中图分类号：TP

2、309UDC：004．9学校代码：10004密级：公开北京交通大学专业硕士学位论文基于AES算法的智能卡攻击与防御的研究RESEARCHONArTACKANDDEFENSEOFSM已气RTCARDBASEDONAES作者姓名：冯艳导师姓名：张擎学号：11125091职称：资深研究员工程领域：电子与通信工程学位级别：硕士北京交通大学2013年6月致谢本论文的工作是在我的导师张擎博士的悉心指导下完成的，张擎博士严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来张老师对我的关心和指导。张老师悉心

3、指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向张老师表示衷心的谢意。实验室的李宝生工程师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，同事和同学们对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。摘要摘要：AES加密算法因其安全性高、运行速度快、实现方法简单的特点，广泛应用于智能卡加密。但差分功耗分析攻击凭借其实施简单、攻击能力强的特点成为了智能卡

4、攻击中使用最为广泛的方法，导致智能卡的安全受到了差分功耗分析攻击的严重威胁。差分功耗分析攻击通过大量采集智能卡执行加密算法过程中的功率消耗信息，研究智能卡处理数据与功率消耗信息之间的相关性，通过分析、统计和计算最终还原智能卡加密算法的密钥。因此研究AES算法和差分功耗分析攻击的原理，设计抗差分功耗分析攻击的防御策略，对于保障智能卡内数据的安全有非常重要的意义。本论文在研究智能卡、AES算法、智能卡攻击与防御的基础上，主要做了如下工作：(1)优化了AES算法在智能卡上的实现方法，并通过实验，对优化前后的AES算法

5、运行时间和结果进行对比，证明了该优化算法的有效性和正确性；(2)分析现有的抗差分功耗分析攻击的策略，并在软件级别上设计并实现了针对智能卡AES算法的抗差分功耗分析攻击策略：随机伪轮数防御策略。并通过攻击和抗攻击实验，验证了随机伪轮数防御策略抗攻击的有效性。本文着重研究了抗差分功耗分析攻击实验，在该实验中做了三个抗攻击实验：前两个是随机延时和随机S盒的抗DPA攻击，实验结果得出了正确的密钥，从而验证了这两个现有防御策略的脆弱性；另一个是随机伪轮数抗DPA攻击，通过实验无法破译出正确的密钥，从而验证了该防御策略抗D

6、PA攻击的有效性。关键词：智能卡；差分功耗分析攻击；高级数据加密标准；抗攻击策略；随机延时；随机S盒；随机伪轮数分类号：TP309．7ABSTRACTABSTRACT：Becauseofitshighsecurity,high—speed，simpleimplementation，AESISwidelvusedinsmartcard．However,thedifferentialpoweranalysis(DPA)attackISbecomingthemostwidelyusedmethodinthesmart

7、cardattacksforitsstrongattackabilityandsimpleimplementation．TheDPAattackisaseriousthreattosmartcard·DPAattackcapturepowerconsumptionwaveform．thoughanalysis，statlStlcsa11dcomputingtorecoverkeys．Nomatterwhethertheencryptionalgorithmimpl锄entedbvmesoRwareorspeci

8、alizedhardwareencryptionmodule，areallvulnerable·Inthispaper’basedontheresearchofsmartcard，AESalgorithm，smartcardattacka11d觚ti．a位ackstrategy，wehavedonethefollowingtasksincluding：(1)Optimizingther