差分能量分析介绍（二）
差分功率分析
1、基本分析方法
????????差分功率分析DPA是一種統(tǒng)計(jì)方法，用于分析測(cè)量集，以確定數(shù)據(jù)相關(guān)的相關(guān)性。基本方法包括將一組記錄道劃分為子集，然后計(jì)算這些子集的平均值之差。如果將哪個(gè)記錄道分配給每個(gè)子集的選擇與記錄道中包含的測(cè)量值不相關(guān)，則隨著記錄道數(shù)量的增加，子集平均值的差異將接近零。否則，如果劃分為子集與跟蹤測(cè)量相關(guān)，則平均值將接近非零值。如果有足夠的記錄道，無論測(cè)量中存在多少噪聲，都可以分離出極小的相關(guān)性。
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?圖6典型DPA結(jié)果（從上到下）顯示第1輪中第一個(gè)S盒輸出的LSB為1的能量跡平均值、LSB為0的記錄道平均值、頂部?jī)蓷l記錄道之間的差值以及Y軸放大系數(shù)為15的差值
2、舉例分析
????????圖6顯示了典型成功DPA結(jié)果的組成部分。在這種情況下，目標(biāo)設(shè)備是執(zhí)行AES的同一智能卡，并且子集基于第一輪中第一個(gè)S盒輸出的LSB的實(shí)際值。圖中顯示了四道。最上面的一道是整個(gè)過程中LSB為1的記錄道的平均值覆蓋前兩輪AES加密的時(shí)間間隔。第二條記錄道是LSB為0的記錄道的平均值。前兩條記錄道似乎是相同的，因?yàn)槠骄抵g的差異遠(yuǎn)小于總功耗變化。第三條記錄道顯示了前兩條記錄道的差異，并且看起來幾乎相同yflat-再次，因?yàn)椴町惡苄 ５谒臈l（最低）軌跡顯示Y軸比例增加15倍的平均值差異，DPA結(jié)果清晰可見。
????????泄漏區(qū)域在最低記錄道中以尖峰形式可見。當(dāng)目標(biāo)設(shè)備首次計(jì)算S盒輸出位時(shí)，出現(xiàn)第一個(gè)尖峰。當(dāng)在第一輪剩余時(shí)間進(jìn)一步處理該位時(shí)，會(huì)出現(xiàn)更多尖峰。到第一輪結(jié)束時(shí)，AES中間產(chǎn)物不再與S盒輸出的LSB相關(guān)e表示與其他位混合以及密碼的雪崩。因此，在第二輪或之后的差分記錄道中未發(fā)現(xiàn)尖峰。圖6顯示尖峰之間的噪聲相對(duì)較小，因?yàn)槭褂玫挠涗浀罃?shù)（4000）與單個(gè)記錄道內(nèi)的噪聲相比，噪聲較高。雖然更多的記錄道產(chǎn)生更清晰的結(jié)果，但通常沒有理由使用更多的數(shù)據(jù)來區(qū)分所需的信號(hào)。
????????DPA測(cè)試顯示的信息由選擇函數(shù)決定。選擇函數(shù)用于將跟蹤分配給子集，通常基于加密計(jì)算中一個(gè)或多個(gè)中間產(chǎn)物的可能值的經(jīng)過教育的猜測(cè)。如果最終的DPA跟蹤顯示顯著峰值，密碼分析員將ws選擇函數(shù)輸出與（或等于）目標(biāo)設(shè)備實(shí)際計(jì)算的值相關(guān)。如果未觀察到相關(guān)，則選擇函數(shù)輸出不相關(guān)（或相關(guān)性太小，無法觀察）。選擇函數(shù)可以是單個(gè)位的預(yù)測(cè)值，例如S盒或乘法器的輸出位。也可以使用更復(fù)雜的函數(shù)，例如寄存器中某位的值與覆蓋該位的位的值之間的預(yù)測(cè)差。選擇函數(shù)也可以是多個(gè)位的函數(shù)。例如，如果預(yù)測(cè)多位中間值等于常數(shù)（或不同的中間值），則選擇函數(shù)可能輸出1以及其他輸出0。
????????選擇函數(shù)的選擇是DPA過程的關(guān)鍵部分，因?yàn)樗庋b了關(guān)于設(shè)備中可能存在的泄漏的工程直覺。DPA中使用的選擇函數(shù)通常是二進(jìn)制值函數(shù)。
3、典型的DPA攻擊包括以下階段
- 該初步階段涉及開發(fā)與設(shè)備通信的方法，以調(diào)用加密操作并記錄其響應(yīng)。測(cè)量設(shè)備（如由PC驅(qū)動(dòng)的數(shù)字示波器）也連接到目標(biāo)設(shè)備。根據(jù)設(shè)備的可用性和可用性，可以使用與設(shè)備電源線或地線串聯(lián)的電阻器或電流探針。在加密組件附近進(jìn)行的測(cè)量通常具有更好的質(zhì)量，盡管也可以使用更多質(zhì)量較低的記錄道。如果無法插入電阻器（例如，如果設(shè)備使用內(nèi)部電池），則設(shè)備的內(nèi)阻通常足夠。E-field和M-field探測(cè)器也可用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行EM攻擊，方法與DPA相同。對(duì)于觸發(fā)，測(cè)量系統(tǒng)通常連接到設(shè)備的I/O線。
- 這是數(shù)據(jù)收集階段。在目標(biāo)設(shè)備執(zhí)行加密操作時(shí)記錄電源跟蹤。每個(gè)捕獲的跟蹤與相關(guān)的加密數(shù)據(jù)（例如，明文或密文）一起存儲(chǔ)在PC上。根據(jù)需要，可通過添加模擬濾波器、調(diào)整帶寬或采樣率以及探索SPA信號(hào)特征以去除不相關(guān)區(qū)域來改善跟蹤質(zhì)量和捕獲效率信號(hào)處理這一可選階段涉及在軟件中處理軌跡，以消除對(duì)準(zhǔn)誤差、隔離感興趣的特征、突出顯示信號(hào)和降低噪聲。在許多情況下，只需要簡(jiǎn)單的時(shí)間對(duì)齊，或者可以完全忽略此步驟。
- 在此階段，關(guān)于形成的部分鍵的不同假設(shè)用于定義用于分析的選擇函數(shù)。然后將每個(gè)選擇函數(shù)應(yīng)用于與每個(gè)跟蹤相關(guān)聯(lián)的加密數(shù)據(jù)，從而得出關(guān)于下一個(gè)測(cè)試階段的中間狀態(tài)的預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)和選擇函數(shù)生成
- 平均階段為每個(gè)選擇函數(shù)計(jì)算由選擇函數(shù)輸出定義的輸入子集的平均值。這一步通常是計(jì)算最密集的階段。
- 分析DPA測(cè)試結(jié)果，以確定最可能的候選關(guān)鍵點(diǎn)猜測(cè)。這個(gè)過程可以通過可視化或使用自動(dòng)化工具來完成。
最后三個(gè)步驟（預(yù)測(cè)、平均和評(píng)估）通常是迭代的。例如，對(duì)于AES-256，第一輪密鑰通常在第二輪密鑰開始攻擊之前找到。在其他情況下，例如，如果正在使用自適應(yīng)選擇的輸入消息，則還可以重復(fù)附加步驟。
總結(jié)
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