密码芯片的物理攻击与防护对策.pdf

微电子学研究所 微电子与纳电子学系 密码芯片的物理攻击与防护对策 清华大学微电子学研究所 许军 2012年8月27 日 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 内容提要 密码芯片面临的安全性挑战 各种常见的物理攻击技术分析 针对不同物理攻击手段的防护对策 总结与展望 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 内容提要 密码芯片面临的安全性挑战 各种常见的物理攻击技术分析 针对不同物理攻击手段的防护对策 总结与展望 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 近年来，涉及信息安全的密码芯片面临着越来 越严重的安全性挑战，已经出现了各种不同层次、 不同水平的攻击手段，概括起来主要可以划分为以 下几种： （1）窃听攻击方法（Eavesdropping ） 非破坏 （2 ）软件攻击方法（Software Attacks ） 性攻击 （3 ）故障生成方法（Fault Generation ） 破坏性 （4 ）微区探测方法（Microprobing ） 攻击 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 （1）窃听攻击方法 这种攻击方法既不需打开芯片的封装，也不需 要操纵芯片的工作过程，只需通过检测、分析密码 芯片正常工作时泄漏出来的各种电磁辐射信号的组 成、电源供电电流的起伏涨落、各种信号线上的泄 漏电流以及各种通讯协议的时序等，就可以分析破 解获得密码芯片中的相关加密信息。 有时也称之为“旁路攻击方法” 例如：功耗分析方法 包括：简单功耗分析 差分功耗分析 （一阶、高阶） CMOS电路结构 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 （2 ）软件攻击方法 这种攻击方法主要是利用密码芯片的通讯协议、 密码算法及其电路实现过程中存在的各种安全性漏 洞，采用正常的标准通讯接口对密码芯片进行攻击， 从而获取芯片中相关的加密信息。 例如：软件穷举有哪些信誉好的足球投注网站法等 （3 ）故障生成方法 这种攻击方法通过使密码芯片工作在特殊的外 部环境应力条件下（例如高低温、电源电压拉偏和 峰值冲击、时钟相位跳变、电离辐射、违反通讯协 议以及强制局部电路复位等），来诱发关键器件的 失效行为，扰乱电路中的加密系统，从而激发芯片 的内部故障，最终获取芯片的相关加密信息。 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 （4 ）微区探测方法 这种攻击方法需要打开密码芯片的封装，然后 利用微探针探测芯片内部的关键数据通道等相关结 构，从而截获芯片的相关加密信息。这是一种破坏 性的物理攻击方法，如果它与芯片的光学反向工程 技术相配合，甚至最终可以完成整个密码电路芯片 的版图重构。 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 在上述