基于犁犃犅犔的抗犇犘犃攻击可重构加法器设计

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1、Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．１华东理工大学学报（自然科学版）２０１７０２ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）９７文章编号：１００６３０８０（２０１７）０１００９７０８犇犗犐：１０．１４１３５／ｊ．ｃｎｋｉ．１００６３０８０．２０１７．０１．０１６基于犛犃犅犔的抗犇犘犃攻击可重构加法器设计钱浩宇，汪鹏君，张跃军，丁代鲁（宁波大学电路与系统研究所，浙江宁波３１５２１１）摘要：差分功耗分析（Ｄｉｆｆｅｒ

2、ｅｎｔｉａｌＰｏｗｅｒＡｎａｌｙｓｉｓ，ＤＰＡ）通过分析密码器件处理不同数据时的功耗差异来盗取密钥。运用具有功耗独立特性的灵敏放大型逻辑（ＳｅｎｓｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒＢａｓｅｄＬｏｇｉｃ，ＳＡＢＬ）设计密码器件可以有效防御ＤＰＡ攻击。通过对ＳＡＢＬ电路与传统加法器原理的研究，提出了一种能够抗ＤＰＡ攻击的可重构加法器设计方案。首先，结合ＳＡＢＬ电路特点得到具有抗ＤＰＡ攻击性能的加法器电路；然后利用控制进位方式构成可重构加法器，支持４个８位数据或２个１６位数据的加法运算。Ｓｐｅｃｔｒｅ模拟验证表明，该加法器逻

3、辑功能正确，与传统加法器相比功耗独立性能提升了９７％，防御ＤＰＡ攻击性能明显。关键词：抗ＤＰＡ攻击；ＳＡＢＬ；可重构加法器；信息安全中图分类号：ＴＮ９１８．４文献标志码：Ａ犇犲狊犻犵狀狅犳犚犲狊犻狊狋犪狀狋犇犘犃犃狋狋犪犮犽犚犲犮狅狀犳犻犵狌狉犪犫犾犲犃犱犱犲狉犅犪狊犲犱狅狀犛犃犅犔犙犐犃犖犎犪狅狔狌，犠犃犖犌犘犲狀犵犼狌狀，犣犎犃犖犌犢狌犲犼狌狀，犇犐犖犌犇犪犻犾狌（犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犆犻狉犮狌犻狋狊犪狀犱犛狔狊狋犲犿狊，犖犻狀犵犫狅犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犖犻狀犵犫狅３１５２１１，犣犺犲犼犻

4、犪狀犵，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｏｗｅｒａｎａｌｙｓｉｓ（ＤＰＡ）ｓｔｅａｌｓｔｈｅｓｅｃｒｅｔｋｅｙｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｉｃｄｅｖｉｃｅｉｎｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄａｔａ．ＢｙｔｈｅＳＡＢＬ（ＳｅｎｓｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒＢａｓｅｄＬｏｇｉｃ）ｗｉｔｈｐｏｗｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｉｃｄｅ

5、ｖｉｃｅｓ，ＤＰＡａｔｔａｃｋｓｃａｎｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｅｖｅｎｔｅｄ．ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅＳＡＢＬｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｄｄｅｒｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅａｄｄｅｒｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｃａｐａｂｌｅｏｆｒｅｓｉｓｔｉｎｇＤＰＡａｔｔａｃｋ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅａｄｄｅｒｃｉｒｃｕｉｔｗｉｔｈｒｅｓｉｓｔｉｎｇＤＰＡａｔｔａｃｋｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈ

6、ｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳＡＢＬｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｔｈｅｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅａｄｄｅｒｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｒｙｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｓｕｐｐｏｒｔｆｏｕｒ８ｂｉｔｏｐｅｒａｎｄｓｏｒｔｗｏ１６ｂｉｔｏｐｅｒａｎｄｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｖｉａＳｐｅｃｔｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｃｈｅｍｅｈａｓｃｏｒｒｅｃｔｌｏｇｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｗｈｏｓｅｐｏｗｅｒｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｐｅｒ

7、ｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ９７％ａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｔＤＰＡａｔｔａｃｋｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｄｄｅｒ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｒｅｓｉｓｔａｎｔＤＰＡａｔｔａｃｋ；ＳＡＢＬ；ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅａｄｄｅｒ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｅｃｕｒｉｔｙ随着集成电路和计算机技术的发展，密码器件与所处理的数据具有一定的相关性。于是，攻击者广泛应用于智能卡、电子商务等领域，极大地保证常利用这些物理信息攻击密码器件获取

8、密钥信息，了系统的安全。然而，密码器件在处理不同数据此方法被称为旁道攻击（ＳｉｄｅＣｈａｎｎｅｌＡｔｔａｃｋ，［１２］时，其能量消耗、运行时间和电磁辐射等物理信息ＳＣＡ）。在一系列旁道攻击技术中，差分功耗分收稿日期：２０１６０５２５基金项目：国家自然科学基金（６１２７４１３２）作者简介：钱浩宇（１９９１），男，硕士生，主要从事低功耗集成电路和信息安全芯片理论及设计方面的研究。通信联系人：汪鹏君，Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｐ