[发明专利]KLEIN加密AVR环境下抗timing和cache边信道攻击的快速保护方法

权利要求书

1.KLEIN加密AVR环境下抗timing和cache边信道攻击的快速保护方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、4比特S盒Bitslicing方法：KLEIN的4比特置换盒是算法唯一的非线性处理步骤，用于将待加密数据转换为比特格式，与轮密钥逐比特异或后按照每4比特作为一个分组输入KLEIN所选用的4比特S盒，该S盒的Bitslicing操作首先通过代数标准型转换，将输入4比特转换为输出4比特的布尔运算方程组，故转换为4个布尔函数的形式；

S2、RotateNibbles步骤法：将S1步骤输出的比特值再按照字节分组，合计8个字节，循环左移两个字节，再输出到下一步；由于该步骤基于字节进行运算，并且与数据比特值完全无关，因此不需要进行Bitslicing操作；

S3、MixNibbles步骤Bitslicing方法：MixNibbles步骤将S2步骤的输出进行线性扩散操作，输出为KLEIN轮函数最终输出，将作为下一轮S1的输入值，即首先将MixNibbles当中所用到的GF上的乘法运算均转换为若干次查表运算与异或运算相结合的结果，基于该矩阵运算的特点，给出了每一个字节中逐比特运算的布尔函数表达式；

S4、针对KLEIN不同密钥长度，重复步骤S1、S2、S3，直至获取相应完整加密输出值。

2.根据权利要求1所述的KLEIN加密AVR环境下抗timing和cache边信道攻击的快速保护方法，其特征在于，步骤S1中采用了基于读取特性的操作优化，在原始操作中，每次产生一个比特的输出后，再对下一个比特进行操作，需要重新读取整个字节。

3.根据权利要求2所述的KLEIN加密AVR环境下抗timing和cache边信道攻击的快速保护方法，其特征在于，采用读取优化方法是在读取一个比特的数据后，进行相应的Bitslicing计算，然后在该比特数据写回存储器之前将所有与该字节变化相关的比特进行更新，减少数据字节重复读取的次数。

4.根据权利要求1所述的KLEIN加密AVR环境下抗timing和cache边信道攻击的快速保护方法，其特征在于，针对S3步骤当中数据存储操作频繁，采用了基于存储特性的操作优化，由于KLEIN加密分组为8字节，因此可以通过将加密输入输出数据在存储器中集中排列的方式，由于AVR汇编中低位地址已经足够访问全部8字节空间，使得存储的高位地址在存储过程中不需要改变，减少Bitslicing操作中对数据进行存储时对地址进行访问的次数。

5.根据权利要求1所述的KLEIN加密AVR环境下抗timing和cache边信道攻击的快速保护方法，其特征在于步骤S1中，KLEIN的S盒的bitslicing实现如下：

y0=1+x0+x1+x0x2+x1x2+x0x1x2+x3+x1x3+x0x1x3

y1=1+x0+x2+x1x2+x3+x1x3+x0x1x3+x2x3

y2=1+x1+x2+x0x2+x1x2+x0x1x2+x0x3+x0x2x3+x1x2x3

y3=x1+x0x2+x3+x0x3+x0x1x3+x1x2x3

其中（x0,x1,x2,x3）和（y0,y1,y2,y3）分别为输入值X和Y的从低到高4个比特。

6.根据权利要求1所述的KLEIN加密AVR环境下抗timing和cache边信道攻击的快速保护方法，其特征在于，步骤S3中，MixNibbles步骤的Bitslicing方法，将GF上的乘2转换为字节布尔运算操作，再通过乘2运算构造其他元素的乘法运算。