Abstract
In this study, equivalent circuit modeling was examined to develop a method to evaluate cryptographic systems before fabrication. An equivalent circuit model of a cryptographic FPGA in which an advanced encryption standard (AES) algorithm had been implemented was determined from experimental measurements under the initial configuration of a power distribution network (PDN) of the FPGA. The model was implemented into a commercial analog circuit simulator, and power traces due to the simultaneous switching noise current were estimated under three different PDN configurations in which a decoupling circuit was inserted into the PDN as an on-board countermeasure. Estimated power traces were analyzed statistically by the correlation power analysis method to obtain correlation values, a major security index of AES. Variation of the correlation values with changes in decoupling configuration agreed with the corresponding experimental results. This means that the security of cryptographic devices against side-channel attacks can be evaluated by using the equivalent circuit model before fabrication
چکیده
در این مقاله، مدلسازی مدارِ معادل، به منظورِ ایجاد روشی برای ارزیابی سیستم های رمزنگاری پیش از ساخت، موردِ بررسی قرار گرفته است. مدل مدارمعادل یک FPGA رمزنگاری که در آن الگوریتم استاندارد پیشرفته ی رمزنگاری (AES) پیاده سازی شده، از طریق اندازه گیری های تجربی، تحت پیکربندیِ اولیه ی یک شبکه ی توزیع توان (PDN) FPGA تعیین شده است. این مدل، به صورت یک شبیه ساز (سیمولاتور) تجاری مدار پیاده سازی شده است، که در آن تریس های توان به دلیل جریان نویزِ سوییچینگ همزمان، تحت سه پیکربندی مختلفِ PDN برآورد شده اند و یک مدار جداساز، به PDN به شکل on-board اضافه شده است. تریس های توان تخمینی، برای به دست آوردن مقادیر همبستگی، به شکل آماری و با روش تجزیه و تحلیل توان همبستگی، به عنوان یک شاخص اصلی امنیت AES، مورد بررسی قرار گرفتند. تغییر در مقادیر همبستگی و تغییرات در پیکربندی جداسازی، با نتایج تجربی مربوطه، سازگاری داشتند. این بدان معنی ست که امنیت دستگاه های رمزنگاری درمقابل حملات side-channel (کانال-کناری) با استفاده از مدل مدارمعادل، پیش از ساخت، قابل ارزیابی است.
کلمات کلیدی – استاندارد رمزنگاری پیشرفته (AES)، تجزیه و تحلیل توان همبستگی (CPA)، نشت اطلاعات، شبکه ی توزیع توان (PDN)، آنالیز side-channel (تجزیه و تحلیل کانال-کناری)، نویز سوییچینگ همزمان.
1-مقدمه
اخیرا، در سراسر جهان، شبکه های پهن-باند با توجه به تبادل حجم عظیمی از اطلاعات در سطح جهانی، رشد فزاینده ای داشته اند. این روند به این معنی است که نشت و دستکاری اطلاعات، به طور مداوم در حال تبدیل به تهدیدهای واقعی برای امنیت اطلاعات، حتی در محصولات مصرف کننده، مانند کارت های هوشمند، کامپیوترهای میزبان، کارت های حافظه، و دستگاه های سخنگوی خودکار هستند. فناوری های رمزنگاری در ابتدا برای حفاظت از محصولات در برابر این تهدیدها، مورد استفاده واقع شدند، اما این روند ممکن است در آینده ادامه پیدا نکند...