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出版者:Springer Verlag

作者:Mangard, Stefan/ Oswald, Elisabeth/ Popp, Thomas

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:2007-3

价格:$ 123.17

装帧:HRD

isbn号码:9780387308579

丛书系列:

图书标签:

• 信道攻击
• 外文书籍
• 侧信道攻击
• 密码分析
• 硬件安全
• 嵌入式系统
• 功耗分析
• 安全漏洞
• 信息安全
• 攻击与防御
• 密码学
• 硬件安全测试

《能量分析攻击》 揭秘信息安全的新维度：能量分析攻击的原理、实践与防御 在当今高度互联的数字时代，信息安全的重要性不言而喻。除了传统的密码学算法、网络协议漏洞等被广泛关注的领域，一种更加隐蔽且强大的攻击手段——能量分析攻击（Power Analysis Attacks），正逐渐成为信息安全研究和实践中的焦点。本书《能量分析攻击》并非对具体加密算法的破解教程，也不是对某款设备漏洞的零日披露，而是旨在提供一个系统、深入、全面的视角，去理解和掌握能量分析攻击这一独特的安全威胁，以及如何有效地抵御它。 本书的出发点，源于对信息安全领域一个长期被忽视但日益凸显的侧面的关注。我们深知，许多安全研究者和工程师可能熟悉软件层面的攻击，比如SQL注入、跨站脚本攻击等，也可能涉猎过网络层面的攻击，例如DDoS攻击、中间人攻击。然而，当攻击者能够物理接触到目标设备时，一种全新的攻击维度便随之打开。能量分析攻击，正是利用了设备在执行计算过程中所产生的微弱能量波动，从中提取敏感信息。这种信息可以是加密密钥、用户凭证，甚至是设备的内部状态。 《能量分析攻击》的编写，并非是为了揭露任何特定的“秘密”或“漏洞”，而是旨在通过严谨的理论阐述和翔实的案例分析，帮助读者构建起对能量分析攻击的全面认知体系。我们不提供“如何破解XXX”的直接答案，因为技术的演进是持续的，单一的破解方法很快就会失效。相反，我们致力于传授“理解XXX如何被破解”的方法论和底层原理。这对于研发更安全的产品、设计更鲁棒的系统，以及培养具备前瞻性安全思维的研究人员，具有至关重要的意义。 本书的核心内容，将围绕能量分析攻击的三个关键维度展开： 第一部分：能量分析攻击的理论基石 这一部分，我们将带领读者深入探究能量分析攻击的“为什么”和“是什么”。我们将从信息论和密码学的基本概念出发，阐述为什么设备在进行密码学运算时会产生可被监测的能量信号。这涉及到半导体物理学、电路设计以及数字信号处理的交叉领域。 芯片功耗与计算过程的关联： 我们将详细解析，当芯片执行指令、进行逻辑运算（如加法、乘法、逻辑异或等）时，其内部晶体管的开关状态变化会引起功耗的瞬时波动。这些波动虽然微弱，但却与正在进行的计算操作之间存在着高度的相关性。我们将介绍不同的功耗模型，例如简单的CMOS功耗模型，以及更复杂的、考虑了数据相关的功耗模型。 信号的噪声与提取： 实际的功耗信号往往淹没在各种噪声之中，包括电源噪声、传感器噪声、以及其他芯片内部或外部的电磁干扰。本书将深入探讨如何有效地采集和预处理这些微弱的信号，运用先进的数字信号处理技术，如滤波、傅里叶变换、小波分析等，来提取出有用的信息。 统计学在能量分析中的作用： 能量分析攻击的核心在于从大量的、带有噪声的功耗样本中，通过统计学的方法找出与敏感信息相关的模式。我们将详细介绍差分能量分析（Differential Power Analysis, DPA）、简单能量分析（Simple Power Analysis, SPA）等经典攻击模型，阐述其背后的统计学原理，包括如何构建攻击模型、计算统计量、以及如何通过迭代的方式逼近目标密钥。 信息论视角： 我们还将从信息论的角度，探讨能量分析攻击的理论极限，以及不同攻击模型的熵损失率。这有助于理解为什么某些攻击方法在理论上更有效，以及在实际应用中可能遇到的瓶颈。 第二部分：能量分析攻击的实践探索 理论的深度需要实践的验证。在这一部分，我们将转向能量分析攻击的实际应用层面，介绍常见的攻击工具、攻击流程以及典型的攻击目标。我们旨在提供一个清晰的攻击路径图，让读者能够理解攻击者是如何将理论知识转化为实际的攻击行动的。 攻击硬件与设备： 我们将介绍执行能量分析攻击所需的典型硬件设备，例如高精度示波器、信号发生器、探头、以及专门的FPGA或ASIC平台。同时，我们将探讨不同类型的目标设备，例如嵌入式系统（如智能卡、微控制器）、FPGA、ASIC芯片等，它们各自的特点以及在能量分析攻击下的脆弱性。 攻击流程详解： 从设备准备、信号采集、数据预处理、到攻击算法的实现与运行，我们将详细拆解一个典型的能量分析攻击流程。这包括如何选择合适的采集点、如何进行同步、以及如何自动化攻击过程。 案例分析与演示（概念性）： 为了使抽象的原理更加具象化，本书将引入一些具有代表性的、经过学术界和工业界验证的能量分析攻击案例。需要强调的是，这些案例并非为了展示“如何破解”，而是为了说明能量分析攻击在不同场景下的应用方式和攻击效果。例如，针对某种特定算法在特定硬件上的实现所进行的理论性攻击分析，以及通过对公开的攻击实验进行复现分析来加深理解。我们将重点介绍这些案例所揭示的攻击技术和防御思路，而不会提供任何可直接用于侵犯他人权益的“黑客工具”或“代码”。 侧信道攻击的家族： 能量分析攻击是侧信道攻击（Side-Channel Attacks, SCA）家族中的一员。本书还将简要介绍其他重要的侧信道攻击，如电磁分析（Electromagnetic Analysis, EMA）、时间攻击（Timing Attacks）等，并阐述它们与能量分析攻击之间的联系与区别，帮助读者建立更广泛的侧信道攻击知识体系。 第三部分：能量分析攻击的防御策略与未来展望 理解攻击的目的是为了更好地防御。本书的最后一部分，将聚焦于能量分析攻击的防御技术和未来发展趋势。 硬件层面的防御： 我们将介绍多种在芯片设计和制造过程中可以集成到硬件层面的防御措施。这包括： 功耗均衡化技术： 通过设计具有恒定功耗的逻辑单元或执行流程，使得功耗波动不再与敏感数据相关。 噪声注入技术： 在功耗信号中主动注入随机噪声，从而干扰攻击者对真实信号的提取和分析。 乱序执行与流水线设计： 采用乱序执行或非固定长度流水线，使得不同指令在不同时间消耗的功耗难以预测和关联。 硬件加密模块的特殊设计： 针对加密算法的特殊硬件实现，设计专门的防御电路。 软件层面的防御： 除了硬件防御，我们还将探讨在软件层面可以采取的措施，例如： 代码混淆与随机化： 改变算法的执行路径和指令序列，使得功耗特征难以被固定模式识别。 抗能量分析的加密算法实现： 采用一些特殊的加密算法实现技术，例如基于掩码（Masking）或抖动（Shuffling）的技术，来抵御差分能量分析。 安全编程实践： 强调在软件开发过程中，应避免将敏感信息直接暴露在易被侧信道攻击的计算流程中。 测试与验证： 如何有效地测试和验证一个设备是否容易受到能量分析攻击？本书将介绍相关的测试标准、评估方法以及常用的测试工具。 未来发展趋势： 随着半导体技术的不断进步和攻击手段的日益复杂化，能量分析攻击也呈现出新的发展趋势。我们将展望未来可能出现的更高级的攻击技术，例如基于机器学习的能量分析、更精确的信号采集技术等，以及相应的新型防御策略。 《能量分析攻击》并非一本“速成”秘籍，而是一份严谨的学术探险。 我们希望通过本书，能够激发读者对信息安全更深层次的思考，培养他们独立分析和解决安全问题的能力。无论您是信息安全领域的初学者，还是经验丰富的安全专家，抑或是对底层硬件安全充满好奇的研究人员，都能从中获得宝贵的知识和启发。 本书的目标是赋能读者，让他们能够更深入地理解信息安全攻防的本质，构建更加坚固的信息安全防线。我们相信，在对能量分析攻击有了充分的理解之后，我们就能更好地设计和部署更加安全可靠的系统，为数字世界的安全添砖加瓦。

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