Page 420 - 《软件学报》2026年第2期
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魏淙洺 等: 私有算法密码芯片非入侵式攻击检测框架 899
侵式攻击的测试流程与方法, 但存在以下局限性.
(1) 部分测试方法适用算法范围有限. 目前已有的标准适用于公开算法, 其检测方法大多需要知道所分析密码
算法的具体实现, 对于算法细节未知的私有算法, 部分测试无法进行.
(2) 部分测试流程中泄露检测不全面. 现有标准中所使用的分析方法尚不完备, 检测中可能遗漏一些有效的侧
信息泄露.
为了解决上述问题, 本文提出一种面向私有算法密码芯片的非入侵式攻击检测框架. 该框架提供了黑盒条件
下私有算法密码芯片的测评方案. 在讨论该框架之前, 首先定义私有算法密码芯片非入侵式攻击检测的应用条件.
(1) 芯片中密码算法未知;
(2) 芯片中密码实现方案未知;
(3) 通过明密文位宽、运行时间等信息可判断芯片中密码算法类型为分组密码或公钥密码.
2.1 私有算法密码芯片非入侵式攻击检测框架
我们基于 GM/T 0083-2020 和 ISO/IEC 17825:2016 标准中的非入侵式攻击检测方法, 提出一种面向私有算法
密码芯片的非入侵式攻击检测框架, 解决黑盒场景下密码芯片的物理安全性问题. 整体检测框架如图 6 所示, 该框
架包含 3 部分: 私有密码算法的计时分析、简单能量/电磁分析和差分能量/电磁分析. 各部分具体的检测流程将在
后续章节详细说明. 对于芯片的每个安全功能, 都应遵循框架中的检测顺序, 只有某一环节通过了检测, 才能进入
下一环节, 只有通过全部 3 项分析检测, 才能认为密码芯片通过测试. 该框架在不需要了解密码算法中间细节的情
况下, 实现对私有算法密码芯片的有效检测, 大大扩展了密码芯片非入侵式安全检测的范围. 此外, 该框架并不局
限于私有算法, 也可应用在公开算法, 并在一定程度上能够保证公开算法密码芯片的安全性.
开始
私有密码算法的计时分析
是否检测到敏感 是
信息泄露?
否
私有密码算法的简单能量/电磁分析
是否观察到 是
密钥等信息的不规则
操作序列?
否
私有密码算法的差分能量/电磁分析
TVLA-1 TVLA-2
双选
是否检测到 是
敏感信息泄露?
否
通过 失败
图 6 私有算法密码芯片非入侵式攻击检测框架
与传统非入侵式攻击检测方法不同, 针对私有算法密码芯片的非入侵式攻击检测不涉及算法细节. 表 1 给出
了私有算法密码芯片检测框架和传统检测框架之间的各检测环节的比较, 尽管二者都包括计时分析、简单能量/
电磁分析和差分能量/电磁分析这 3 个检测环节, 私有算法密码芯片检测框架较传统方法有以下不同.
(1) 对于简单能量/电磁分析环节, 由于检测人员无法定位可能存在简单能量分析泄露的位置, 需要针对整条
