專(zhuān)利名稱(chēng)：一種密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及專(zhuān)用器件加密技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的不斷推進(jìn)，安全芯片應(yīng)用越來(lái)越廣，目前最迫切要解決的問(wèn)題是研究安全芯片的物理防護(hù)問(wèn)題，數(shù)據(jù)不只是在芯片運(yùn)行過(guò)程中遭到竊取，在加密過(guò)程中同樣有可能被竊取。與傳統(tǒng)密碼分析手段不同的是，因?yàn)榧用芩惴ㄔ谛酒贤瓿?，加密芯片電路在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)泄漏一些有用的信息，例如功耗、電磁輻射、運(yùn)算時(shí)間等，這些信息可以用來(lái)分析加密算法，得到一些敏感數(shù)據(jù)或者密鑰，這種方法為旁路攻擊。旁路攻擊易于實(shí)施且所需代價(jià)低，其原理可適用于各種密碼算法的破解。其中，利用功耗信息進(jìn)行旁路攻擊手段稱(chēng)為功耗攻擊。它由Paul Kocher等人于1998年提出，這種方法可以以較低的成本、快 速、無(wú)損地提取出密碼安全芯片中的密鑰信息，這對(duì)密碼芯片的安全提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。通常功耗分析攻擊都是在目標(biāo)加密設(shè)備的物理硬件平臺(tái)上完成，對(duì)加密設(shè)備的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，必須在樣品設(shè)備制造出來(lái)以后才能驗(yàn)證其算法軟件和其他方面的設(shè)計(jì)是否能抵御能量分析攻擊。因此，在研發(fā)過(guò)程中急需一個(gè)用于功耗分析物理平臺(tái)，用來(lái)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，提高效率，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間。目前功耗分析的實(shí)驗(yàn)實(shí)施起來(lái)比較復(fù)雜，構(gòu)建也非常困難，主要是因?yàn)槿狈θ詣?dòng)化系統(tǒng)集成的分析工具，少數(shù)具有全自動(dòng)化系統(tǒng)集成的分析工具但設(shè)備價(jià)格昂貴。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種構(gòu)建簡(jiǎn)單、快速、靈活的密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括計(jì)算機(jī)信息處理模塊、單片機(jī)模塊、電源模塊以及數(shù)字雙通道示波器；單片機(jī)模塊用來(lái)完成加密解密運(yùn)算，在單片機(jī)模塊微處理器芯片的Vss引腳與地之間串聯(lián)一采樣電阻，用以測(cè)量單片機(jī)模塊執(zhí)行指令時(shí)所產(chǎn)生的功耗波形；數(shù)字雙通道示波器第一通道探頭與單片機(jī)模塊相連，接收單片機(jī)模塊的觸發(fā)信號(hào)，作為采樣的信號(hào)，第二通道探頭與采樣電阻相連，采集接收采樣電阻上的電壓波形；計(jì)算機(jī)信息處理模塊通過(guò)RS232串口與單片機(jī)模塊連接，用于下發(fā)加解密運(yùn)算程序到單片機(jī)模塊，通過(guò)RS232串口與數(shù)字雙通道示波器連接，用于對(duì)示波器進(jìn)行設(shè)置以及完成數(shù)據(jù)傳輸與處理；電源模塊與單片機(jī)模塊相連，為單片機(jī)模塊提供電源。進(jìn)一步地，所述單片機(jī)模塊采用ATmegaie芯片，采樣電阻大小為10 Q，電源模塊采用4節(jié)I. 5V堿性電池。進(jìn)一步地，所述單片機(jī)模塊兩端并聯(lián)一濾波電容，用于降低功率變化的頻率以防御功耗分析。[0008]進(jìn)一步地，所述濾波電容大小為0. I ii F。本實(shí)用新型構(gòu)建相對(duì)簡(jiǎn)單、快速，實(shí)驗(yàn)運(yùn)算速度較快，具有加密算法易于修正的靈活性，可以方便地對(duì)加密算法的功耗特性進(jìn)行改進(jìn)與驗(yàn)證，提高了加密設(shè)備設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)效率，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間，具有極大實(shí)用價(jià)值。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的主要電路連接示意圖。
具體實(shí)施方式
如

圖1，圖2所示，一種密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括計(jì)算機(jī)信息處理模塊、單片機(jī)模塊、電源模塊以及數(shù)字雙通道示波器。單片機(jī)模塊用來(lái)完成加密解密運(yùn)算，在單片機(jī)模塊微處理器芯片的Vss引腳與地之間串聯(lián)一采樣電阻，用以測(cè)量單片機(jī)模塊執(zhí)行指令時(shí)所產(chǎn)生的功耗波形。單片機(jī)模塊選用Atmegaie芯片來(lái)作為處理機(jī)，電源模塊采用4節(jié)I. 5V堿性電池，為單片機(jī)模塊提供4*1. 5v的直流電源，不會(huì)存在電源電壓的抖動(dòng)，采樣電阻的大小為10 Q。數(shù)字雙通道示波器的第一通道CH2探頭與單片機(jī)模塊相連，接收單片機(jī)模塊的觸發(fā)信號(hào)，作為采樣的信號(hào)，第二通道CHl探頭與采樣電阻相連，采集接收采樣電阻上的電壓波形。將采樣得到的波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)字雙通道示波器中，通過(guò)移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)完成數(shù)字雙通道示波器數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)信息處理模塊進(jìn)行分析處理。數(shù)字雙通道示波器在具體設(shè)置時(shí)，根據(jù)芯片工作情況，選擇可以表示芯片工作狀態(tài)的信號(hào)作為觸發(fā)；盡量使用差分探頭，或者采用雙通道模式；采樣方式選用實(shí)時(shí)模式。計(jì)算機(jī)信息處理模塊通過(guò)RS232串口與單片機(jī)模塊連接，用于下發(fā)加解密運(yùn)算程序到單片機(jī)模塊；通過(guò)RS232串口與數(shù)字雙通道示波器連接，用于對(duì)示波器進(jìn)行設(shè)置以及完成數(shù)據(jù)傳輸與處理。本實(shí)用新型不但可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單功耗分析的攻擊，還可以對(duì)功耗攻擊進(jìn)行一定的防御抵抗，也即是在單片機(jī)模塊芯片的兩端并聯(lián)一濾波電容，其電容大小為0. Iy F，可以在不影響芯片正常工作的條件下，降低電路的工作速度，降低功率變化的頻率，降低對(duì)示波器采樣頻率的要求。上述實(shí)施例不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，凡在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于包括計(jì)算機(jī)信息處理模塊、單片機(jī)模塊、電源模塊以及數(shù)字雙通道示波器； 單片機(jī)模塊用來(lái)完成加密解密運(yùn)算，在單片機(jī)模塊微處理器芯片的Vss引腳與地之間串聯(lián)一采樣電阻，用以測(cè)量單片機(jī)模塊執(zhí)行指令時(shí)所產(chǎn)生的功耗波形； 數(shù)字雙通道示波器第一通道探頭與單片機(jī)模塊相連，接收單片機(jī)模塊的觸發(fā)信號(hào)，作為采樣的信號(hào)，第二通道探頭與采樣電阻相連，采集接收采樣電阻上的電壓波形； 計(jì)算機(jī)信息處理模塊通過(guò)RS232串口與單片機(jī)模塊連接，用于下發(fā)加解密運(yùn)算程序到單片機(jī)模塊，通過(guò)RS232串口與數(shù)字雙通道示波器連接，用于對(duì)示波器進(jìn)行設(shè)置以及完成數(shù)據(jù)傳輸與處理； 電源模塊與單片機(jī)模塊相連，為單片機(jī)模塊提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述單片機(jī)模塊采用ATmegal6芯片，采樣電阻大小為10 Q，電源模塊采用4節(jié)I. 5V堿性電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述單片機(jī)模塊兩端并聯(lián)一濾波電容，用于降低功率變化的頻率以防御功耗分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述濾波電容大小為0. Iii F。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種密碼芯片功耗分析物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括計(jì)算機(jī)信息處理模塊、單片機(jī)模塊、電源模塊以及數(shù)字雙通道示波器；單片機(jī)模塊微處理器芯片的Vss引腳與地之間串聯(lián)一采樣電阻，用以測(cè)量單片機(jī)模塊執(zhí)行指令時(shí)所產(chǎn)生的功耗波形；數(shù)字雙通道示波器第一通道探頭與單片機(jī)模塊相連，接收單片機(jī)模塊的觸發(fā)信號(hào)，作為采樣的信號(hào)，第二通道探頭與采樣電阻相連，采集接收采樣電阻上的電壓波形；計(jì)算機(jī)信息處理模塊通過(guò)RS232串口與單片機(jī)模塊連接，用于下發(fā)加解密運(yùn)算程序到單片機(jī)模塊；電源模塊與單片機(jī)模塊相連，為單片機(jī)模塊提供電源。本實(shí)用新型構(gòu)建相對(duì)簡(jiǎn)單、快速、靈活，可以方便地對(duì)加密算法的功耗特性進(jìn)行改進(jìn)與驗(yàn)證。
文檔編號(hào)G06F21/00GK202584139SQ20122015994
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者王建新, 周長(zhǎng)春, 姚棟, 張克軍, 趙成, 高獻(xiàn)偉, 隋美麗, 李秀瀅, 周玉坤, 陳漢林, 靳濟(jì)方 申請(qǐng)人:北京電子科技學(xué)院