一種aes加密方法和基于及的抗功耗攻擊方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及信息安全技術領域，具體設及一種AES加密方法和基于及的抗功耗攻 擊方法。
【背景技術】
[0002] 隨著信息化的發展，信息安全問題也越來越重要，人們在運個過程中提出了各種 不同的密碼算法，在運繁多的密碼算法中，AES(Advanced Enc巧ption S化ndard，高級加密 標準)廣為全世界所使用且已成為一個國際通用的對稱加密算法，W其密鑰建立時間短、靈 敏度高、內存要求低等優點，大量應用于信息安全領域，如電子商務和通訊加密等。
[0003] 隨著人們對AES算法進行各種不同層次的分析，出現了很多對AES算法的攻擊破解 方式，在眾多的攻擊方式中，功耗攻擊通過分析密碼算法執行和功耗之間的關系，對使用該 算法的密碼忍片內部的密鑰進行數學解析分析，如簡單功耗分析（SPA)和差分功耗分析 (DPA)等，并最終獲取密鑰，從而對密碼忍片的安全性造成了很大的威脅。
[0004] 傳統AE巧日密算法的實現中，主要的運算操作可分為"S盒變換、行變換、列混淆、與 擴展密鑰的異或"運四個步驟，很多學者在此基礎上提出了各種不同抗功耗攻擊的防御策 略。本發明針對一種改進的AES實現方案，運種實現方案簡化了 AES實現過程中復雜的列混 淆運算，并結合該實現方案提出了一種抗功耗攻擊的方法，運種方法基于功耗的漢明重量 模型理論，通過算法級上的互補操作來平衡功耗，使忍片上運算的功耗信息得W隱藏，并達 到抗功耗攻擊的目的。
[0005] 現有的WAES-128為例，圖1展示了AES-128算法的實現過程，在運個實現過程中， W字節作為基本操作單元，需要將"S盒變換、行變換、列混淆、與擴展密鑰的異或"作為一個 輪函數循環操作10次。其中，所有的數學運算都是針對G(2~8)域上的運算而言。
[0006] 針對運種AE巧日密實現，人們提出了很多種不同的抗功耗攻擊方法，常見的有對中 間數據進行掩碼(masking)操作，運種方法通過使用隨機掩碼來與加密運算產生的中間數 據進行一定的結合運算，使中間數據隨機化;或者使用功耗平衡電路，使得運算功耗保持平 衡并與處理的數據無關;也有通過插入隨機延時的方法，讓加密操作執行的時間點不確定。
[0007] AES加密的一種改進實現方式可W通過簡化輪函數的四步操作，使得加密過程中 沒有復雜的列混淆操作。運種實現方式僅需要四個查找表、每輪每列的四次異或，W及存儲 運些數據的額外存儲空間。
[000引但現有AES上抗功耗攻擊的方法主要是針對傳統的AES實現方案來設計的，缺乏針 對運種不帶列混淆，且更高效的加密實現過程的抗功耗攻擊策略。
【發明內容】
[0009] 本發明旨在至少解決上述技術問題之一。
[0010] 為此，本發明的第一個目的在于提出一種AE巧日密方法。
[0011] 本發明的第二個目的在于提出一種基于AE巧日密方法的抗功耗攻擊方法。
[0012] 為了實現上述目的，本發明的實施例公開了一種AE巧日密方法，包括如下步驟:SI: 對明文數據進行分組;S200:初始化循環次數為0; S201:將輪函數的輸入與擴展的密鑰進行 異或操作;S202:使用N位輸入、Μ位輸出的S盒進行數據替換，其中，N和Μ均為自然數，M〉N且Μ 被Ν整除；S203:通過所述S盒輸出的Μ位數據進行移位，得到分組矩陣列混淆操作的一個列 的數據;S204:對行移位操作輸出的Μ位數據對應地進行異或操作，得到一次輪函數的輸出 值，循環次數加1;S205:判斷當前循環次數是否達到預設次數，如果沒有當前循環次數達到 預設次數則進入步驟S3，否則返回步驟S201; S3:對擴展密鑰進行異或；S4:使用N位輸入、P 位輸出的S盒進行數據替換，其中，P為自然數且P被N整除；S5:與擴展密鑰進行異或；S6:輸 出密文數據。
[0013] 根據本發明實施例的AE巧日密方法，各個操作主要所需的操作只有查表、移位和異 或，運在邏輯實現上是較為簡單且高效的。
[0014] 另外，根據本發明上述實施例的AE巧日密方法，還可W具有如下附加的技術特征：
[0015] 進一步地，N為8，M為32且P為8。
[0016] 為了實現上述目的，本發明的實施例公開了一種基于AE巧日密方法的抗功耗攻擊 方法，包括W下步驟:SA:獲取明文數據；SB:通過權利要求1或2所述的AES加密方法對所述 明文數據進行加密，在對所述明文數據進行加密的過程中引入一個互補操作W使得加密操 作產生的功耗和所述互補操作產生的功耗的和為近似一個常數，所述互補操作包括與擴展 密鑰的反進行異或、反S盒數據替換、反數據的行位移和同或運算;SC:輸出密文。
[0017] 本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0018] 本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：
[0019] 圖1是相關技術的AES-128實現過程的流程圖；
[0020] 圖2是本發明一個實施例的AES加密方法的流程圖；
[0021] 圖3是本發明一個實施例的AES加密方法中部分操作的數據變換圖；
[0022] 圖4是本發明一個實施例的基于AES加密方法的抗功耗攻擊方法的抗功耗攻擊實 現框圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0024] 在本發明的描述中，需要理解的是，術語"中屯、"、"縱向橫向上"、"下"、 "前"、"后V'左'、"右V'豎曹'、"水甲V'頂'、"底V'胖V'外"等指示的方位或位置關系為 基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗 示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、W特定的方位構造和操作，因此不能理解為對 本發明的限制。此外，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對 重要性。
[0025] 在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相 連"、"連接"應做廣義理解，例如，可W是固定連接，也可W是可拆卸連接，或一體地連接;可 W是機械連接，也可W是電連接;可W是直接相連，也可W通過中間媒介間接相連，可W是 兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可W具體情況理解上述術語在本 發明中的具體含義。
[0026] 參照下面的描述和附圖，將清楚本發明的實施例的運些和其他方面。在運些描述 和附圖中，具體公開了本發明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發明的實施 例的原理的一些方式，但是應當理解，本發明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發明的 實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。
[0027] W下結合附圖描述根據本發明實施例的AES加密方法。
[0028] 圖1是本發明一個實施例的AE巧日密方法的流程圖。請參考圖1，一種AE巧日密方法， 包括W下步驟：
[00巧]S1:對明文數據進行分組。
[0030] S200:初始化循環次數為0。
[0031] S201:將輪函數的輸入與擴展的密鑰進行異或操作。該步驟與原始AES的實現完全 一樣，將輪函數的輸入與擴展的密鑰執行模2加操作，邏輯上表現為異或操作。
[0032] S202:使用N位輸入、Μ位輸出的S盒進行數據替換，其中，N和Μ均為自然數，M〉N且Μ 被Ν整除。在本發明的一個示例中，Ν為8、Μ為32,即通過使用一個8位輸入，32位輸出的改進S 盒執行字節替換。該32位輸出是在原始ΑΕ巧日密過程中S盒變換的8位輸出數據基礎上，預先 設定好而得到的。
[0033] S203:通過S盒輸出的Μ位數據進行移位，得到原來AES算法中分組矩陣列混淆操作 的一個列的數據。
[0034] S204:對行移位操作輸出的Μ位數據對應地進行異或操作，得到一次輪函數的輸出 值，循環次數加1。具體地，對行移位操作輸出的32位數據對應地進行模2加(異或），最終得 到一次輪函數的輸出值。
[0035] S205:判斷當前循環次數是否達到預設次數，如果沒有當前循環次數達到預設次 數則進入步驟S3，否則返回步驟S201。
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