【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于模板攻擊的混沌分組加密分析方法
本專利技術(shù)涉及信息安全領(lǐng)域，具體是一種基于模板攻擊的混沌分組加密分析方法。
技術(shù)介紹
信息安全已經(jīng)成為一個活躍的研究領(lǐng)域，其中基于混沌的密碼學(xué)已成為近二十年來設(shè)計新型加密算法最常用的技術(shù)之一?；煦缦到y(tǒng)是一個具有長期不可預(yù)測性的非線性系統(tǒng)，混沌系統(tǒng)被描述為偽隨機(jī)性和遍歷性，對初始條件極為敏感。由于密碼學(xué)與混沌的內(nèi)在聯(lián)系，研究人員研究了將混沌系統(tǒng)應(yīng)用于密碼學(xué)的可能性，提出了許多混沌密碼系統(tǒng)。對于混沌密碼系統(tǒng)，輸入(如明文)的細(xì)微差別會導(dǎo)致輸出(密文)的顯著變化。研究表明，這些密碼系統(tǒng)是高度安全的，此外，傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)的方法被用于混沌密碼系統(tǒng)的安全分析，其中大多數(shù)采用已知明文攻擊,以及通過使用明文、密文和密碼系統(tǒng)的性質(zhì)來執(zhí)行攻擊。當(dāng)密碼算法在硬件平臺上運(yùn)行時，例如微控制器、專用集成電路(ASIC)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGAs)，不同類型的側(cè)信道信息(如功耗，時間和電磁等)可能泄露。側(cè)信道分析(SideChannelAnalysis，簡稱SCA)攻擊利用來自目標(biāo)設(shè)備的泄漏信息來分析密碼系統(tǒng)的密鑰。利用處理時間、電磁輻射和功耗旁路信息，提出了不同的攻擊方案。第一次SCA攻擊方案是在1996年中提出的，其中估計了執(zhí)行密鑰所需的時間，并利用定時攻擊來破壞非對稱加密算法。作為另一種類型的SCA攻擊方案，由于密碼系統(tǒng)的操作與電磁輻射之間存在相關(guān)性，可以利用電磁分析攻擊數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)或高級加密標(biāo)準(zhǔn)等密碼算法，在1999年提出并分析了簡單和差分能量分析(SPA，DPA)攻擊，在過去的20年中...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于模板攻擊的混沌分組加密分析方法，其特征是，包括如下步驟：/na)實(shí)現(xiàn)混沌分組加密過程：/n(1)生成輪密鑰：該混沌密碼算法的輪密鑰是基于帳篷映射生成的，帳篷映射可以表示為：/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于模板攻擊的混沌分組加密分析方法，其特征是，包括如下步驟：
a)實(shí)現(xiàn)混沌分組加密過程：
(1)生成輪密鑰：該混沌密碼算法的輪密鑰是基于帳篷映射生成的，帳篷映射可以表示為：
其中參數(shù)βi是混沌系統(tǒng)的參數(shù)，并且由主密鑰Ki生成，主密鑰的每個字節(jié)都通過以下方法轉(zhuǎn)換到0到1之間相應(yīng)的βi：
其中主密鑰的第ith個字節(jié)記為Ki，i∈[1，16]，x0是在0和1之間的十進(jìn)制數(shù)，并且將x0和β1作為帳篷映射的初始參數(shù)，結(jié)果x1是通過迭代f(x0，β1)20次，剩下的參數(shù)計算為公式(3)所示：
x(i)＝f20(x(i-1)，βi)，(3)，
其中，f20表示迭代帳篷映射20次，i∈[2，16]，最后x16和β16作為帳篷映射的初始值，并且迭代100+16R次產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，最后的16R個偽隨機(jī)數(shù)字表示為xi(i∈[101,16R])，并且輪密鑰ki可以表示為：
ki＝floor(xi×255)，(4)，
其中floor(x)函數(shù)返回不大于x的最大整數(shù)；
(2)輪密鑰同明文相加：在第一輪加密過程中，中間值的第ith個字節(jié)可由第ith個字節(jié)的明文ci和第ith個字節(jié)輪密鑰ki相異或得到：
其中1≤i≤16；
(3)字節(jié)替換操作：S-box查找表進(jìn)行替換輪密鑰和上一輪中間值的異或操作值，使用AES算法中的S-box，它通過數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生；
(4)擴(kuò)散操作：一輪混淆操作包括兩個階段，第一階段，中間值的第一個字節(jié)保持不變，后面字節(jié)可以通過一下方式得到：
其中1≤i≤15，在第二階段，上一階段產(chǎn)生的中間值的最后一個字節(jié)保持不變，前一個字節(jié)通過一下方式得到：
(5)貓映射：上一步驟產(chǎn)生的16個字節(jié)的中間值存儲在一個4×4的矩陣中，中間值的初始坐標(biāo)(xn，yn)通過以下的貓映射轉(zhuǎn)換成新的坐標(biāo)(xn+1，yn+1)：
其中N表示矩陣的大小，xn表示矩陣的列索引，yn表示矩陣的行索引；
(6)重復(fù)步驟(2)至步驟(5)共R次；
b)模板攻擊分析混沌分組加密：
1)立模板過程：采用多元高數(shù)模型建模，先產(chǎn)生隨機(jī)明文和隨機(jī)主密鑰，明文和主密鑰作為加密系統(tǒng)的輸入，并且在加密過程中收集相應(yīng)的功耗痕跡，每種可能的漢明重量功耗痕跡用于多元高數(shù)模型去建模，包括：
1-1)產(chǎn)生隨機(jī)明文和計算第一輪加密的輪密鑰：隨機(jī)產(chǎn)生D組明文和輪密鑰，將明文和輪密鑰存儲在矩陣P和K中，P和K的尺寸均是D×I，符號I是每組明文和密鑰字節(jié)數(shù)，在第dth組明文的第ith字節(jié)定義為pd，i，并且在第dth組輪密鑰的第ith字節(jié)表示為kd，i；
1-2)收集能量消耗數(shù)據(jù)：D組明文和主密鑰作為加密系統(tǒng)的輸入，在加密的過程中，D條功耗痕跡存儲在矩陣T中，每條痕跡有J個采樣點(diǎn)，矩陣T的尺寸是D×J，在痕跡d的采樣點(diǎn)j可以表示為td，j；
1-3)計算假設(shè)能量消耗：產(chǎn)生假設(shè)能量矩陣片的第ith列的過程為：pd，i是第dth個明文的第ith字節(jié)，并且kd，i是第dth個輪密鑰的第ith字節(jié)，pd，i的每個值和kd，i進(jìn)行異或運(yùn)算，然后對異或運(yùn)算的值進(jìn)行替代盒操作，對替代盒后的結(jié)果計算其漢明重量，產(chǎn)生假設(shè)能量消耗為公式(9)所示：
相似的，計算剩下的明文和輪密鑰可以得到假設(shè)能量消耗矩陣；
1-4)分類痕跡：8位二進(jìn)制數(shù)的漢明重量的范圍是從0到8，從加密設(shè)備收集到的痕跡根據(jù)相應(yīng)的漢明重量分類為9組，如h1，i和h2，i假設(shè)為痕跡t1和t2的漢明重量，其為0，隨后hD-1，i和hD，i假設(shè)為tD-1和tD的漢明重量，其為8，漢明重量為0的痕跡分為第一組，漢明重量為8的痕跡分為最后一組，在這種情況下，矩陣T被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅玉玲，張順生，劉俊秀，丘森輝，岑明燦，蔡超波，
申請(專利權(quán))人：廣西師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣西;45
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