輕量化AES算法抗二階能量分析攻擊研究與設(shè)計(jì)的中期報(bào)告

輕量化AES算法抗二階能量分析攻擊研究與設(shè)計(jì)的中期報(bào)告中期報(bào)告一、選題背景現(xiàn)代密碼技術(shù)中，AES是一種最廣為人知的對(duì)稱密鑰加密算法，其加密強(qiáng)度在許多實(shí)際應(yīng)用中得到證明。然而，它也具有一些弱點(diǎn)，其中一種就是它所提供的安全性取決于它的S盒——這是一個(gè)8×8的矩陣，用于AES加密算法中的SubBytes函數(shù)。盡管AES被廣泛使用，但是，關(guān)于AES安全性的一些研究表明，它可能受到功耗分析攻擊和側(cè)信道攻擊（如能量分析攻擊和時(shí)序攻擊）等不同種類的側(cè)信道攻擊的影響。因此，為提高AES算法的安全性，需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究與改進(jìn)，其中輕量化算法是一種值得研究的方向。本文選取以低能耗（低計(jì)算消耗）、小內(nèi)存占用、低成本（低芯片成本）等優(yōu)勢，應(yīng)用廣泛的SPN（Substitution-PermutationNetwork）結(jié)構(gòu)并結(jié)合多種實(shí)現(xiàn)策略，實(shí)現(xiàn)一種抗二階能量分析攻擊的輕量化AES加密算法。二、研究目標(biāo)和方法（一）研究目標(biāo)本研究的目標(biāo)是：1.設(shè)計(jì)一種輕量化AES算法，使其能在保證加密安全性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、小型化的加密操作；2.實(shí)現(xiàn)AES算法在嵌入式設(shè)備等資源受限環(huán)境中的應(yīng)用。（二）研究方法本研究選取基于AES算法的SPN結(jié)構(gòu)，針對(duì)其存在的能量分析攻擊問題，采用以下方法：1.設(shè)計(jì)加密密鑰的輪數(shù)、S盒和密鑰擴(kuò)展方案，以提高AES算法的安全性；2.采用差分隱私技術(shù)、隨機(jī)掩碼技術(shù)等，提高AES算法的抗攻擊性；3.應(yīng)用硬件加速器等提高加密運(yùn)算效率，并針對(duì)嵌入式設(shè)備等資源受限環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。三、已完成工作及進(jìn)展情況本研究已完成的工作如下：1.設(shè)計(jì)了基于SPN結(jié)構(gòu)的輕量化AES算法，壓縮數(shù)據(jù)大小、減少加密輪數(shù)和縮小存儲(chǔ)空間等，并實(shí)現(xiàn)了核心算法代碼；2.研究了現(xiàn)有能量分析攻擊方法及其對(duì)AES算法的威脅，并提出了采用不同實(shí)現(xiàn)策略（如差分隱私技術(shù)、隨機(jī)掩碼技術(shù)）等來增強(qiáng)AES算法的安全性的解決方案；3.分析了AES算法在嵌入式設(shè)備等資源受限條件下的應(yīng)用需求，提出了相應(yīng)優(yōu)化的方法；4.熟悉了硬件加速器的實(shí)現(xiàn)方法，并初步實(shí)現(xiàn)了針對(duì)嵌入式設(shè)備等資源受限環(huán)境下的優(yōu)化。四、存在的問題及解決方案本研究存在的問題如下：1.加密算法的安全性需要進(jìn)一步證明和測試；2.硬件加速器的整合還需進(jìn)一步優(yōu)化和驗(yàn)證；3.加密算法在不同平臺(tái)上的運(yùn)行效率還需進(jìn)一步評(píng)估和測試。對(duì)于這些問題，我們計(jì)劃采取以下解決方案：1.繼續(xù)優(yōu)化加密算法的設(shè)計(jì)，進(jìn)行安全性測試，并結(jié)合現(xiàn)有的攻擊方法針對(duì)性地改進(jìn)算法；2.進(jìn)一步整合硬件加速器，提高加密效率；3.對(duì)加密算法在不同平臺(tái)上的運(yùn)行效率進(jìn)行分析和測試，修改相應(yīng)參數(shù)以優(yōu)化算法。五、進(jìn)一步工作計(jì)劃針對(duì)上述存在的問題，我們的進(jìn)一步工作計(jì)劃如下：1.對(duì)加密算法進(jìn)行完善和改進(jìn)，提高安全性和性能；2.繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證算法在實(shí)際硬件平臺(tái)上的運(yùn)