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2015 年度 実績報告書

暗号VLSIの電磁波セキュリティを確保するサイドチャネル攻撃センサの構成法と実証

研究課題

研究課題/領域番号 26240005
研究機関神戸大学

研究代表者

永田 真  神戸大学, その他の研究科, 教授 (40274138)

研究分担者 三浦 典之  神戸大学, 学内共同利用施設等, 助教 (70650555)
本間 尚文  東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (00343062)
林 優一  東北学院大学, 工学部, 准教授 (60551918)
崎山 一男  電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (80508838)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードサイドチャネル攻撃センサ / サイドチャネル攻撃無効化 / サイドチャネル攻撃耐性 / 電磁波セキュリティ / ハードウェアセキュリティ / 暗号モジュール / ICカード / 情報漏洩
研究実績の概要

本研究は、サイドチャネル攻撃への耐性を有し、高度に電磁波セキュリティを保証する暗号VLSI技術の確立を目指している。平成27年度の研究成果を以下にまとめる。
(1)サイドチャネル攻撃センシング手法の開発に関して、前年度に開発したセンサ基本回路を利用して、攻撃者が暗号VLSIに接近させるマイクロプローブの検知距離を0.5 mm程度まで延伸する(前年度に比べて5倍の遠距離に相当する)センサ信号処理法を考案し、プロトタイプシステムにより実証した。
(2)本センサを核とした電磁波セキュリティ対策技術に関して、センサ近傍の電磁界シミュレーション環境を構築した。センサの検知コイルと攻撃者のマイクロプローブの相対的な位置や形状に対する検知性能の応答について理論的な考察を進めるとともに、プロトタイプシステムに搭載されたテストチップの設計データを例題としてシミュレーションにより確認した。
(3)多様なサイドチャネル攻撃シナリオに対応した対策技術の開発に関して、暗号工学の立場から暗号コアに対する攻撃検出シナリオを一般化した。とりわけ、AES暗号コアを例題として、暗号コアそのものの存在や動作がサイドチャネル攻撃センシングには大きく影響しないことを明らかにした。さらに、暗号VLSIシステムのサイドチャネル漏洩を低減する電源回路の構成法やサイドチャネル情報を利用することでセキュリティ性能を向上する暗号利用法にも研究の進展が得られた。
いずれも、電磁波セキュリティを保証する暗号VLSI技術に関する最終年度のプロトタイプ実証に向けた基盤的な研究成果である。また、サイドチャネル攻撃シナリオに関して、暗号分野で世界的に権威のある学術論文誌*1に掲載決定した。(*1: Journal
of Cryptology)

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究課題の核となるサイドチャネル攻撃センシング手法の開発において、研究計画の通り、センサ回路の初期プロトタイプ(初年度)を活用して、検知性能を向上する新規の信号処理法の考案と実証、検知性能を設計段階で予測する電磁界結合シミュレーション法の構築と実験との相関評価、検知に基づく無効化手段の検討、が順調に進んでいる。これらの当初計画に加えて、とりわけ多様なサイドチャネル攻撃シナリオへの対策と耐性の獲得手段に関して、暗号VLSIチップのサイドチャネル情報漏洩を防止する回路レベルの対策手法、あるいはサイドチャネル情報を積極的に用いることによるセキュリティ機能の発現など、多くの新しい知見が得られ、代表的な国際会議等で発表した。電磁波セキュリティを保証する暗号VLSI技術に関する最終年度の総合的な実証とまとめに向けて大きく前進した。

今後の研究の推進方策

電磁波セキュリティを保証する暗号VLSI技術に関する最終年度の総合的な実証とまとめを行う。
(1)サイドチャネル攻撃センシング手法に関しては、検知性能を向上する改良型センサを具体化てプロトタイプ実証するとともに、センシング較正と攻撃無効化の連携について開発を進める。
(2)電磁波セキュリティ対策技術に関しては、センサの動作レベル記述による機能シミュレーションと電磁波解析を統合し、設計段階で暗号コアの安全性を評価する手法を開発する。
(3)多様なサイドチャネル攻撃シナリオに対応した対策技術に関しては、サイドチャネル攻撃センシングおよび攻撃無効化アルゴリズムの限界を理論的に考察する。また、これまでに見出した新規の対策技術をプロトタイプに統合し、その対策効果を評価する。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件、 招待講演 8件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Design Methodology and Validity Verification for a Reactive Countermeasure against EM Attacks2015

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Homma, Yu-ichi Hayashi, Noriyuki Miura, Daisuke Fujimoto, Makoto Nagata, and Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      Journal of Cryptology

      巻: TBD ページ: 1-19

    • DOI

      10.1007/s00145-015-9223-3

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 周波数領域における暗号モジュールに対する電磁波解析の効率化2015

    • 著者名/発表者名
      林優一, 本間尚文, 水木敬明, 青木孝文, 曽根秀昭
    • 雑誌名

      電気学会論文誌A

      巻: 135 ページ: 515-521

    • DOI

      10.1541/ieejfms.135.515

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] At-Product-Test Dedicated Adaptive Supply-Resonance Suppression2015

    • 著者名/発表者名
      Kohki Taniguchi, Noriyuki Miura, Taisuke Hayashi, Makoto Nagata
    • 雑誌名

      Proceedings of 2015 IEEE 33rd VLSI Test Symposium

      巻: 33 ページ: 127-130

    • DOI

      10.1109/VTS.2015.7116273

    • 査読あり
  • [雑誌論文] EM Attack Sensor: Concept, Circuit, and Design-Automation Methodology (Invited)2015

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Miura, Daisuke Fujimoto, Makoto Nagata, Naofumi Homma, Yuichi Hayashi, Takafumi Aoki
    • 雑誌名

      Proceedings of ACM Design Automation Conference 2015

      巻: 52 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1145/2744769.2747923

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Proactive and Reactive Protection Circuit Techniques Against EM Leakage and Injection2015

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Miura, Daisuke Fujimoto, Makoto Nagata
    • 雑誌名

      Proceedings of Joint IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility and EMC Europe

      巻: N.A. ページ: 252-257

    • DOI

      10.1109/ISEMC.2015.7256168

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Advanced Fault Analysis Techniques on AES2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Sakiyama, Takanori Machida, and Arisa Matsubara
    • 雑誌名

      Proceedings of Joint IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility and EMC Europe

      巻: N.A. ページ: 230-234

    • DOI

      10.1109/ISEMC.2015.7256164

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Side-Channel-Aware Circuit Design: Prevention and Detection of Side-Channel Attacks2016

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Homma
    • 学会等名
      2016 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), Forum
    • 発表場所
      Marriott (San Francisco, USA)
    • 年月日
      2016-01-31
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電磁波解析 攻撃に対する反応型対策の高性能化とその評価2016

    • 著者名/発表者名
      石幡大輔,本間尚文, 林優一, 三浦典之, 藤本大介, 永田真, 青木孝文
    • 学会等名
      2016年暗号と情報セキュリティ シンポジウム
    • 発表場所
      ANAクラウンプラザホテル(熊本県・熊本市)
    • 年月日
      2016-01-19 – 2016-01-22
  • [学会発表] 半導体モジュールにおける電源供給特性のチューニング手法2015

    • 著者名/発表者名
      永田真、谷口綱紀、三浦典之
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都・目黒区)
    • 年月日
      2015-12-21
  • [学会発表] Recent Topics on Hardware Security (Invited)2015

    • 著者名/発表者名
      Naofumi Homma
    • 学会等名
      2015 International Workshop on Information and Communication Security
    • 発表場所
      Sapporo Business Innovation Center (Sapporo, Hokkaido)
    • 年月日
      2015-12-09
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 適応調律型電源共振抑制フィルタのEMS評価2015

    • 著者名/発表者名
      谷口綱紀、三浦典之、永田真
    • 学会等名
      電子情報通信学会集積回路研究会・デザインガイア
    • 発表場所
      長崎県勤労福祉会館(長崎県・長崎市)
    • 年月日
      2015-12-02
  • [学会発表] (招待講演)ICチップの真正性の確保と対策 ~ハードウェアセキュリティの根源的課題に向き合う~2015

    • 著者名/発表者名
      永田真
    • 学会等名
      電子情報通信学会集積回路研究会・デザインガイア
    • 発表場所
      長崎県勤労福祉会館(長崎県・長崎市)
    • 年月日
      2015-12-01
    • 招待講演
  • [学会発表] Review Fault Attacks on ECC Implementations with Fault Sensitivity Analysis (Invited)2015

    • 著者名/発表者名
      Yang Li and Kazuo Sakiyama
    • 学会等名
      IEEE Asian Solid- State Circuits Conference 2015
    • 発表場所
      Xiamen International Conference Center (Xiamen, China)
    • 年月日
      2015-11-09 – 2015-11-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 実装環境に適応する電源共振ノイズ抑制フィルタの提案と評価2015

    • 著者名/発表者名
      谷口綱紀、三浦典之、永田真
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2015-09-10
  • [学会発表] 電源電流イコライザの電力オーバーヘッド低減手法の提案と実証2015

    • 著者名/発表者名
      是永梨絵、藤本大介、三浦典之、永田真
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2015-09-10
  • [学会発表] サイドチャネル近傍電磁波解析攻撃センサの提案とセキュリティ耐性評価2015

    • 著者名/発表者名
      田中廉大、三浦典之、藤本大介、林優一、本間尚文、青木孝文、永田真
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2015-09-10
  • [学会発表] 暗号LSIへの実装攻撃に対する反応型対策の高精度化に関する検討2015

    • 著者名/発表者名
      石幡大輔, 本間尚文, 林優一, 三浦典之, 藤本大介, 永田真, 青木孝文
    • 学会等名
      平成27年度 電気関係学会 東北支部連合大会
    • 発表場所
      岩手大学(岩手県・滝沢市)
    • 年月日
      2015-08-28
  • [学会発表] Adaptive Suppression of Power Delivery Network Resonance with Chip-Package-Board Interaction (Invited)2015

    • 著者名/発表者名
      Makoto Nagata, Kohki Taniguchi, Noriyuki Miura
    • 学会等名
      IEICE ICDV 2015/VJMW 2015
    • 発表場所
      USHCM (Ho Chi Minh, Vietnam)
    • 年月日
      2015-08-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] IC Chips to be Dependable, Secure, and Robust (Plenary)2015

    • 著者名/発表者名
      Makoto Nagata
    • 学会等名
      International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC 2015)
    • 発表場所
      Hilton (Seoul, Korea)
    • 年月日
      2015-07-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Securing Cryptographic Engines -- Circuit Techniques against EM Attacks (Invited)2015

    • 著者名/発表者名
      Makoto Nagata
    • 学会等名
      International Symposium on IoT Enabling Chips
    • 発表場所
      Kyoto Institute of Technology (Kyoto, Kyoto)
    • 年月日
      2015-06-20
    • 招待講演
  • [学会発表] IC Chips to Be Dependable, Secure, and Robust (Keynote)2015

    • 著者名/発表者名
      Makoto Nagata
    • 学会等名
      CESCA Day at Virginia Tech.
    • 発表場所
      Virginia Tech (Bracksburg, USA)
    • 年月日
      2015-05-01
    • 招待講演
  • [図書] Security of Block Ciphers: From Algorithm Design to Hardware Implementation2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuo Sakiyama, Yu Sasaki, and Yang Li
    • 総ページ数
      320
    • 出版者
      Wiley

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公開日: 2017-01-06  

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