[发明专利]针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入电路及方法

权利要求书

1.一种针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入电路，其特征在于，包括：示波器(1)、精密电压源(2)、上位机(3)、被攻击密码芯片(4)、高速多路信号切换芯片(5)、单片机(6)，所述精密电压源(2)与所述高速多路信号切换芯片(5)连接，所述高速多路信号切换芯片(5)分别与所述被攻击密码芯片(4)和单片机(6)连接，所述被攻击密码芯片(4)分别与所述单片机(6)和上位机(3)连接，所述示波器(1)与所述被攻击密码芯片(4)连接；

所述精密电压源(2)用于提供两路电压输出，所述高速多路信号切换芯片(5)用于切换精密电压源(2)的两路电压输出，并输出电压毛刺信号到被攻击密码芯片(4)；所述单片机(6)用于控制高速多路信号切换芯片(5)的切换时间，所述被攻击密码芯片(4)将运行的加密结果通过串口传输给上位机(3)，所述上位机(3)用于收集被攻击密码芯片(4)的故障数据，同时用于单片机(6)的编程，通过编辑代码实现电压毛刺信号注入时间和持续时间的调控；所述示波器(1)用于观察被攻击密码芯片(4)的电磁信号，以确定电压故障注入位置。

2.根据权利要求1所述的针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入电路，所述示波器(1)选用PicoScope5244D，具备300MHz带宽；所述精密电压源(2)选用KEYSIGHT E3631A，电压精度可达mV，并在两路电压输出之间进行电气隔离；所述上位机(3)为windows系统的PC机，采用ACER E1-471G笔记本电脑；被攻击密码芯片(4)选用ATmega16A单片机；所述高速多路信号切换芯片(5)选型为ISL54200，其切换速度最高可达880MHz；所述单片机(6)选用STC12A60S2。

3.一种针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入方法，其特征在于，应用于权利要求1-2任一所述的针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入电路，包括以下步骤：

S1，根据芯片手册确定被攻击密码芯片的正常工作电压范围，将其VCC和GND引脚与精密电压源的一路电压输出相连，以0.1V的步进值粗略定位到芯片的欠压故障阈值和过压故障阈值附近，确定故障电压；

S2，连接精密电压源与高速多路信号切换芯片，其中，精密电压源的两路电压输出分别为被攻击密码芯片的正常工作电压VCC1和步骤S1获得的故障电压VCC2；高速多路信号切换芯片具备控制信号输入引脚IN、切换使能引脚EN、待切换信号1引脚PORT1、待切换信号2引脚PORT2、信号输出引脚COM以及VCC和GND引脚，其中PORT1接正常工作电压VCC1，PORT2接故障电压VCC2；

S3，连接单片机与高速多路信号切换芯片，其中，单片机定义某个IO引脚负责输出高速多路信号切换芯片的控制信号；

S4，连接单片机与被攻击加密芯片，被攻击加密芯片在运行过程中产生下降沿trigger，通过下降沿触发单片机的外部中断INT0使得二者同步；

S5，使用示波器和电磁探针观察被攻击加密芯片的电磁泄露信号，根据加密算法的设计逻辑确定攻击语句的时间位置并编写对应的定时函数，使得单片机控制高速多路信号切换芯片和精密电压源在攻击位置生成电压毛刺；

S6，连接高速多路信号切换芯片与被攻击加密芯片，使得高速多路信号切换芯片的信号输出引脚COM和接地引脚GND分别与被攻击加密芯片的供电引脚VCC和接地引脚GND相连；

S7，单片机和精密电压源上电，向被攻击加密芯片注入计划位置的过压毛刺或欠压毛刺故障，VCC2的初始电压值即为步骤S1获取的故障阈值，实验时可调整电压故障值、电压毛刺注入位置和电压毛刺的持续时间，通过上位机的串口观察芯片的输出结果，分析不同参数下被攻击加密芯片产生的故障类型。