2021 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, 自然科学学域, 助教 (10420499)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | サイドチャネル攻撃 / 暗号 / 情報セキュリティ / IoT / 信号対雑音比 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
波におけるサイドチャネル漏洩源を解析的に導出した[4]。さらに信号対雑音比(SNR)の算出には、クロック周期内はもとよりAESのラウンドによっても変動するノイズ分散の推定が必要と判明した。
次に、サイドチャネル情報漏洩源のスペクトルと伝達関数より漏洩強度を予測した。その結果より、漏洩強度予測にはターゲットラウンドに加えてそれより前のラウンド処理で発生するスイッチング電流を含む漏洩源スペクトルが必要であることを確認した。そこで予測のための計算コスト削減を目的として、ターゲットラウンドより前のラウンドにおいて発生するスイッチング電流の振幅を統計モデルとして与えることを提案し、精度良く漏洩強度を予測できることを示した[3]。
昨年度までに作製した評価用プリント回路基板について、サイドチャネル情報漏洩経路であるFPGA電源系回路の等価回路網モデルを同定した。評価基板の設計データより電磁界解析モデルを作成し、FPGA電源系回路の多ポート回路網特性を算出し、それを漏洩経路の回路網モデルとした。等価回路ではなく多ポート回路網としてモデル化することにより、プリント回路基板にサイドチャネル攻撃対策部品を追加した際の伝達インピーダンスを精度良く算出できることを確認した。
(3)SN比の目標値決定とその検証
サイドチャネル対策付加後の漏洩強度をSN比より予測した。その結果、暗号処理中間値の16 bytesの変化との相関係数はSN比と相関係数の関係式に基づき予測可能であることを確認した。次に、1 byte毎の相関係数をSN比より予測可能かどうか検討した。その結果、全bytesの平均的な相関係数を予測可能性を示すとともに、byteによる相関係数のバラつきの大きさの予測には、その原因の特定を含め課題があることが分かった。
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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
2020年度までに予定通り完了した。
(2)サイドチャネル情報漏洩経路の伝達係数低減法
作製した評価用プリント回路基板に伝達係数低減法としてデカップリングキャパシタを追加し、サイドチャネル情報漏洩を段階的に低減できること、およびその低減量を予測するための多ポート回路網モデルを同定できており、予定通り進捗している。
(3)SN比の目標値決定とその検証
評価対象の暗号方式であるAESについて、中間値の全16 bytesを解析対象とした相関係数からbyte毎の相関係数を予測する可能性について確認できており、概ね予定通りに進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
(2)サイドチャネル情報漏洩経路の伝達係数低減法
サイドチャネル漏洩波形をより高周波まで検出する電磁界解析攻撃を想定し、クロック周期内はもとよりAESのラウンドによっても変動するノイズ分散の推定について検討する。さらに伝達係数低減法として、ノイズ抑制シートの効果を検証する。
(3)SN比の目標値決定とその検証
AESの相関電力解析について、中間値のbyte毎の相関係数の平均値とそのバラつきを予測する方法を提案し、その有効性を検証する。さらに提案手法に基づき、設定したSN比の目標値により十分なサイドチャネル攻撃耐性を実現できるかどうかを検証する。
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Research Products
(4 results)
