2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design method development of side-channel attack countermeasures for cryptographic hardware based on signal-to-noise ratio of electromagnetic leakage
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19H04110
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
五百旗頭 健吾 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (10420499)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 情報セキュリティ / 暗号ハードウェア / サイドチャネル攻撃 / 信号対雑音比 / 暗号 / IoT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)サイドチャネル情報漏洩源のSN比同定
本項目について、暗号回路の設計情報よりSC情報漏洩強度を精度良く予測できることを示した。暗号処理によってIC内部で発生するスイッチング電流波形とそこに含まれるSC情報の大きさを実測結果と比較し、両者が実用的な精度で一致することを示した。また、SN比に対するSC情報漏洩強度を与える関係式の妥当性検証にも取り組んだ。実測したSC情報漏洩を分析し、漏洩情報と漏洩モデルの相関係数の母集団が正規性を有することを確認した。つまり、関係式の前提の妥当性を確認した。
(2)サイドチャネル情報漏洩経路の伝達係数低減法
暗号IC外部におけるSC情報漏洩強度の予測について、アナログフィルタによる漏洩減衰量の予測を検討した。アナログフィルタとして暗号ICコア回路の電源系デカップリングキャパシタの実装数を変更した。IC内部のスイッチング電流からIC外部のSC情報漏洩波形測定ポートへの伝達インピーダンスのデカップリングキャパシタ数による変化を回路シミュレーションにより求め、SC情報漏洩帯域におけるSN比の変化を算出した。さらにSN比の変化よりSC情報漏洩と漏洩モデルの相関係数を予測し、実測した相関係数と比較した。その結果、両者のキャパシタ数による変化の傾向は一致した。この結果より、SN比に基づくSC情報漏洩強度予測の実現可能性を示した。
(3)SN比の目標値決定とその検証
SN比に対するSC情報漏洩強度の変化を表す曲線に基づくSCA耐性設計手法検証に使用するため、評価用プリント基板を作製した。Intel製のFPGAを搭載し、SC情報漏洩波形測定用として3種類のポートを実装した。さらにFPGAにAES-128アルゴリズムを実装し、観測したSC情報漏洩波形が漏洩モデルと相関していることを確認した。以上より、作製した評価基板が本検討に使用可能であることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1)サイドチャネル情報漏洩源のSN比同定
暗号回路の設計情報よりSC情報漏洩強度を予測可能であることを示し、SN比と情報漏洩強度の関係式の妥当性を検証できた。予測したSC情報漏洩強度よりSN比を同定してはいないが、暗号回路で発生するスイッチング電流の大きさを予測できている。つまりSC情報漏洩波形の信号成分の大きさを予測できている。あとは測定ポートにおけるノイズ成分の大きさを規定すれば理論的には同定可能である。従って、本項目は概ね順調に進展している。
(2)サイドチャネル情報漏洩経路の伝達係数低減法
デカップリングキャパシタの配置によりSC情報漏洩経路の伝達係数を低減可能であること、それにより情報漏洩強度を低減できること。さらにその低減量の予測可能性を示した。これは当初2020年度より取り組む予定であったが、先行して実施した。当初予定していた情報漏洩帯域の同定については引き続きの課題となっている。以上より、本項目も概ね予定通り進展している。
(3)SN比の目標値決定とその検証
評価基板および評価用AES回路の試作を完了した。予定通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)サイドチャネル情報漏洩源のSN比同定
2020～2021年度にかけて予測したSC情報漏洩強度よりSN比を同定する。設計情報より予測される暗号IC内部のスイッチング電流の大きさより信号成分を算出し、想定する攻撃環境におけるノイズ成分の大きさを規定することでSN比を算出し、実測結果と比較検証する。
(2)サイドチャネル情報漏洩経路の伝達係数低減法
2020年度はSC漏洩帯域を解析的に同定する。さらに2021年度に掛けて、SC漏洩の伝達特性から漏洩強度を算出するための定式化を行う。
(3)SN比の目標値決定とその検証
作製した評価基板の等価回路モデルを同定する。さらに評価用AES回路に対するSCAを実施し漏洩源強度を同定する。
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