對(duì)于安全控制器而言，密碼算法的實(shí)現(xiàn)與安全性緊密相關(guān)，密碼算法實(shí)現(xiàn)

模塊應(yīng)能有效抵御各種側(cè)信道攻擊(SCA)。密鑰參與的運(yùn)算所泄露的側(cè)信道信息（如功耗曲線、電磁輻射曲線、時(shí)間等）與包括密鑰在內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)是相關(guān)的，密碼算法的安全實(shí)現(xiàn)應(yīng)掩蓋或消除這種相關(guān)性。

無(wú)論對(duì)稱密碼算法還是非對(duì)稱密碼算法，其在安全控制器中的實(shí)現(xiàn)均以消除以下關(guān)系作為防御側(cè)信道攻擊的指導(dǎo)原則。

(1） 密鑰運(yùn)算的數(shù)據(jù)與所泄露的側(cè)信道信息的關(guān)系；

(2）密鑰運(yùn)算所使用的實(shí)際數(shù)據(jù)和輸入數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

以非對(duì)稱密碼算法的功耗分析防護(hù)為例，可采用如下辦法來(lái)消除上述關(guān)系：進(jìn)行功耗補(bǔ)償，使得私鑰位為0 或1產(chǎn)生相同的功耗；統(tǒng)一操作，使得私鑰位為0或1執(zhí)行相同的操作；對(duì)私鑰運(yùn)算的輸入數(shù)據(jù)或中間值進(jìn)行隨機(jī)化，即用隨機(jī)數(shù)掩蓋真實(shí)數(shù)據(jù)之后再進(jìn)行計(jì)算。

為防御針對(duì)對(duì)稱密碼算法實(shí)現(xiàn)的功耗分析，進(jìn)行功耗補(bǔ)償、對(duì)密鑰運(yùn)算中所使用的中間數(shù)據(jù)隨機(jī)化（也稱隨機(jī)掩碼 Masking），同樣也是主要手段。掩碼方法的核心思想是將對(duì)稱密碼運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)隨機(jī)化，使功耗不依賴于真實(shí)的中間值，這破壞了差分功耗分析（DPA）實(shí)施的基本條件，攻擊者無(wú)法根據(jù)中間值將大量明文正確地分組，也無(wú)法根據(jù)中間值計(jì)算預(yù)期的假設(shè)功耗。用隨機(jī)數(shù)掩蓋中間值的操作主要包括異或、加法和乘法三種，相應(yīng)的掩碼方法分別稱為布爾掩碼、加法掩碼和乘法掩碼。

人們最初應(yīng)對(duì)側(cè)信道攻擊的方法是在芯片輸出信號(hào)中施加各種噪聲，但這些方法的效果并不好，尤其是 DPA 之類的分析方法具有很強(qiáng)的噪聲過(guò)濾能力。

在電路層面，可以使用雙軌邏輯來(lái)防御側(cè)信道攻擊。雙軌邏輯的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是所有狀態(tài)有相同的功耗權(quán)重，從而使得功耗分析難以實(shí)施。但雙軌邏輯的實(shí)施成本較高，在芯片內(nèi)設(shè)置隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，使用隨機(jī)數(shù)對(duì)密碼運(yùn)算進(jìn)行保護(hù)，是目前抵抗側(cè)信道攻擊的最有效、最經(jīng)濟(jì)的方式。

審核編輯：劉清