[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

说明书

本发明公开了一种针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入电路及方法，该电路包括示波器、精密电压源、上位机、被攻击密码芯片、高速多路信号切换芯片、单片机，所述精密电压源与所述高速多路信号切换芯片连接，所述高速多路信号切换芯片分别与所述被攻击密码芯片和单片机连接，所述被攻击密码芯片分别与所述单片机和上位机连接，所述示波器与所述被攻击密码芯片连接。本发明能够准确地在密码芯片运行的某一时间位置注入电压毛刺故障，可用于运行不同密码算法的硬件设备的故障注入实验，为后续的故障分析和密钥恢复工作提供了物理实验基础。

技术领域

本发明涉及侧信道攻击技术领域，特别是涉及一种针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入电路及方法。

背景技术

电压故障攻击属于侧信道攻击的一种，通过分析加密芯片的故障输出结果，有望推导出加密芯片使用的密钥。现有的用于侧信道攻击的电压故障注入技术主要为持续欠压故障注入和欠压毛刺故障注入技术，不具有固定位置注入故障的功能。现有的持续欠压故障注入和欠压毛刺故障注入技术对加密芯片进行故障注入实验，具有一定的不足：一方面，持续欠压故障注入虽然在技术上易于实现，但会使芯片产生多种多字节故障，故障难以筛选；另一方面，现有的欠压毛刺故障注入技术无法实现指定位置的故障注入，同一条件下的多次实验结果大多不相同。此外，欠压毛刺难以稳定地注入故障，容易造成芯片的加密结果输出缓慢而不是出现故障。在长时间的故障注入实验过程中发现，过压毛刺更易造成芯片故障。为了更深入地研究电压故障对加密芯片造成的影响，考虑指定加密过程的某一位置注入故障后进行密码分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入电路及方法，能够准确地在密码芯片运行的某一时间位置注入电压毛刺故障，可用于运行不同密码算法的硬件设备的故障注入实验，为后续的故障分析和密钥恢复工作提供了物理实验基础。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入电路，包括示波器、精密电压源、上位机、被攻击密码芯片、高速多路信号切换芯片、单片机，所述精密电压源与所述高速多路信号切换芯片连接，所述高速多路信号切换芯片分别与所述被攻击密码芯片和单片机连接，所述被攻击密码芯片分别与所述单片机和上位机连接，所述示波器与所述被攻击密码芯片连接；

所述精密电压源用于提供两路电压输出，所述高速多路信号切换芯片用于切换精密电压源的两路电压输出，并输出电压毛刺信号到被攻击密码芯片；所述单片机用于控制高速多路信号切换芯片的切换时间，所述被攻击密码芯片将运行的加密结果通过串口传输给上位机，所述上位机用于收集被攻击密码芯片的故障数据，同时用于单片机的编程，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；所述示波器用于观察被攻击密码芯片的电磁信号，以确定电压故障注入位置。

进一步的，所述示波器选用PicoScope5244D，具备300MHz带宽；所述精密电压源选用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；所述上位机为windows系统的PC机，采用ACER E1-471G笔记本电脑；被攻击密码芯片选用ATmega16A单片机；所述高速多路信号切换芯片选型为ISL54200，其切换速度最高可达880MHz；所述单片机选用STC12A60S2。

本发明还提供了一种针对侧信道攻击的可同步精确电压毛刺注入方法，应用于上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；