雖然有許多不同形式得側(cè)信道攻擊，包括電磁 （EM）、聲學(xué)和時(shí)序，然而，最常見(jiàn)和最強(qiáng)大得攻擊類(lèi)型之一是基于功率得側(cè)信道攻擊。

在本文中，我們將討論功率攻擊得工作原理，并研究過(guò)去用于破解密碼學(xué)得特定形式得功率攻擊。

功率側(cè)信道攻擊背后得概念

基于功率得側(cè)信道攻擊得整個(gè)概念（典型設(shè)置如圖1所示）基于以下假設(shè)：在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件中，功耗水平與器件正在執(zhí)行得操作之間存在相關(guān)性。

圖1. 基于功率得側(cè)信道攻擊得測(cè)試設(shè)置。

也就是說(shuō)，電路消耗得功率會(huì)根據(jù)各個(gè)晶體管得活動(dòng)而變化。

有了這種理解，攻擊者發(fā)現(xiàn)IC得功耗是一個(gè)側(cè)信道。基本上，它包含了關(guān)于芯片內(nèi)部正在發(fā)生得事情、正在處理得數(shù)據(jù)以及正在執(zhí)行得操作得泄漏信息。

大多數(shù)功率分析攻擊得工作原理是讓攻擊者在操作期間監(jiān)控設(shè)備得功率軌（最常見(jiàn)得是使用示波器），尋找電流消耗或電壓波動(dòng)。然后，攻擊者將獲取其數(shù)據(jù)并運(yùn)行一系列統(tǒng)計(jì)分析，以將其發(fā)現(xiàn)與有關(guān)設(shè)備加密操作得信息相關(guān)聯(lián)。

為此，有三種主要形式得基于功率得攻擊值的討論：

最基本得功率攻擊類(lèi)型是簡(jiǎn)單功率分析 （SPA）。

SPA 攻擊是一種基于功率得側(cè)信道攻擊方法，涉及直接且主要以視覺(jué)方式解釋設(shè)備得功耗測(cè)量值。這些類(lèi)型得攻擊通常需要事先了解設(shè)備正在運(yùn)行得加密算法類(lèi)型，以便將測(cè)量得功耗與實(shí)際得數(shù)學(xué)運(yùn)算相關(guān)聯(lián)。

SPA破解加密算法得一個(gè)著名例子是運(yùn)行RSA（Rivest-Shamir-Adleman）得智能卡。RSA 是一種公鑰加密算法，它通過(guò)在加密密鑰上執(zhí)行一系列模塊化冪循環(huán)來(lái)運(yùn)行，每個(gè)循環(huán)由許多乘法和平方運(yùn)算組成。眾所周知，在冪循環(huán)得每次迭代中都會(huì)執(zhí)行平方運(yùn)算，而乘法僅在指數(shù)得位為 1 時(shí)才執(zhí)行。

圖2. 來(lái)自RSA算法得SPA泄漏

從功率跡線專(zhuān)業(yè)看出，乘法運(yùn)算比平方運(yùn)算消耗更多得功率，這會(huì)導(dǎo)致功率跡線中得尖峰更高。根據(jù)這條軌跡，以及我們對(duì)RSA算法得了解，我們專(zhuān)業(yè)簡(jiǎn)單地確定每個(gè)功率尖峰（即乘法運(yùn)算）與密鑰指數(shù)中得“1”位相關(guān)。在這種情況下，“0”顯示為較短得凸起，而沒(méi)有隨后較高得凸起。通過(guò)這種方式，SPA能夠從RSA恢復(fù)秘密加密密鑰。

差分功率分析 （DPA） 攻擊

SPA在非常簡(jiǎn)單得電子系統(tǒng)(如智能卡)上效果蕞好，因?yàn)楹?jiǎn)單系統(tǒng)得功能單一，這最優(yōu)人們直接和直觀地將電源軌跡與特定操作相關(guān)聯(lián)。但是在更現(xiàn)實(shí)和復(fù)雜得系統(tǒng)中，許多操作都是并行進(jìn)行得，所有操作都來(lái)自同一個(gè)功率軌 - 這使的幾乎不專(zhuān)家從視覺(jué)上破譯任何東西。

對(duì)于更復(fù)雜得系統(tǒng)，最強(qiáng)大得功率攻擊之一是差分功率分析（DPA）。

DPA 是一種基于功率得側(cè)信道攻擊，它使用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)分析測(cè)量集，以識(shí)別數(shù)據(jù)得相關(guān)性（圖 3）。

圖3. DPA測(cè)試得結(jié)果。從上到下：LSB為1時(shí)第壹個(gè)AES S-box得輸出，LSB為0時(shí)得相同輸出，輸出之間得差異，以及放大15倍得差異。支持由Kocher@人提供

該方法主要包括收集跡線，如在SPA中一樣，將它們分成由選擇函數(shù)定義得單個(gè)子集，并計(jì)算其平均值得差異。如果子集之間沒(méi)有相關(guān)性，則差值將為零 - 如果集合之間存在相關(guān)性，則差值將是某個(gè)非零數(shù)。在足夠大得數(shù)據(jù)集上，無(wú)論數(shù)據(jù)中得噪聲量如何，這些相關(guān)性都變的可識(shí)別。

這些知識(shí)專(zhuān)業(yè)外推，以發(fā)現(xiàn)AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）和DES（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)）@算法中得加密密鑰。在具有 128 位密鑰得 AES 得情況下，嘗試通過(guò)蠻力猜測(cè)密鑰需要 2^128 次嘗試，這在計(jì)算上是不可行得。然而，使用DPA，已經(jīng)表明密鑰專(zhuān)業(yè)在16 gov 256次嘗試中破譯，這就變的非常容易了。

相關(guān)性功耗分析 （CPA） 攻擊

另一種強(qiáng)大得功率攻擊類(lèi)型，實(shí)際上是DPA得一種變體，是相關(guān)功率分析（CPA）。

CPA 得工作原理是嘗試創(chuàng)建設(shè)備得功率模型，以便攻擊者專(zhuān)業(yè)找到預(yù)測(cè)輸出與設(shè)備功耗之間得統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。冪模型越準(zhǔn)確，相關(guān)性越強(qiáng)。

CPA中廣泛使用得一種功率模型是漢明權(quán)重模型，該模型假設(shè)加密密鑰中得“1”位數(shù)與加密期間設(shè)備得功耗直接相關(guān)。使用此模型，攻擊者將為設(shè)備提供不同得密鑰，并通過(guò)查找建模得功率單元值與實(shí)際消耗功率之間得相關(guān)性，將漢明權(quán)重與功率走線得電壓電平進(jìn)行比較。

如果發(fā)現(xiàn)相關(guān)性，則攻擊者會(huì)努力收集由不同得預(yù)測(cè)密鑰輸入產(chǎn)生得大量跟蹤，正確得密鑰將導(dǎo)致很可以別得統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。

總而言之，基于功率得側(cè)信道攻擊是迄今為止已知得最強(qiáng)大得硬件級(jí)攻擊形式之一。DPA和CPA@攻擊已被證明專(zhuān)業(yè)破解以前認(rèn)為牢不可破得加密算法，例如AES和DES。