文档介绍：AES加密算法差分功耗攻击研究
摘要：文章从AES加密算法介绍入手，分别从功耗模型、自触发模式下的功耗攻击以及参数影响等方面，对AES加密算法差分功耗攻击进行研究。结果表明，以单片机作为载体时，在自触发模式下进行功耗攻击分析时MATLAB软件。具体的功耗攻击流程如下：
（1）先在PC上对MATLAB进行运行，然后向STM32F发送明文，由示波器对功耗波形进行采集和存储。明文共计发送200条，每条的字节数全部相同，均为16字节;
（2）在STM32F对加密程序进行运行，STM32F对PC发出的明文进行接收，并以密钥完成对明文的加密，随后将密文返回，STM32F重复执行加密输出;
（3）对明文进行加密处理时，在进行SB操作前，STM32F会向示波器发送一个触发信号;
（4）将示波器设定为平均采样模式，并在STM32F上串联电阻，对电压信号进行实时采集，;
（5）当采集到数量足够的功耗数据之后，便可通过MATLAB软件对数据进行分析，进而得出密钥，整个试验到此结束[4]。
参数的影响
DPA攻击效果在一定程度上受到相关参数的影响，如明文的数量多少、噪声水平的高低、选用的功耗模型以及示波器的采样率等等。因此，在对攻击效果进行评判时，除了要对最终得出的密钥准确度进行考虑之外，还应当对攻击过程消耗的资源予以充分考虑，尽量以最低的消耗达到最佳的攻击效果。下面重点对主要参数对攻击效果的影响进行分析。
功耗模型
从本质的角度上讲，DPA攻击是通过理论与实际功耗的对比，找出最贴合实际情况的理论功耗，由于这个功耗是由相关模型映射而成，所以，功耗模型对理论功耗会产生一定的影响，进而影响到攻击效果。当所选的功耗模型与实际情况的匹配度越高，映射出来的理论功耗就越准确，在这一前提下，攻击效果自然就越好。目前，较为常见的功耗模型有三种，即本次研究中选取的HW模型，还有HD和ZERO。可以用另外两种功耗模型进行尝试，将结果与HW模型进行对比，据此判断功耗模型对攻击效果的影响。以200条明文作为试验基础，采用HD模型共计获得16个峰值，通过对这些峰值进行校验后发现，其中的密钥字节并未达到100%正确，换言之，攻击结果存在错误[5]。虽然ZERO也能得到加好的攻击效果，但没有HW模型的效果好。综上，功耗模型的选择对攻击效果具有直接影响，只有选用最为适宜的模型，才能达到预期中的攻击效果。由于模型的选择与硬件有關，本次研究中选取的硬件为STM32F系列单片机，而HW是最适宜该单片机的功耗模型。
示波器采样率
在自触发模式试验中，STM32F是攻击对象，它的工作频率为72MHz，由试验结果可知，在SB操作时，字节的SB用时为250ns，换算成工作频率为4MHz。在其他参数全部不变的情况下，通过对示波器的采样率进行改变，能够得出不同采样率下的功耗消耗。当采样率不足时，无法达到理想中的攻击效果。原始信号中的信息要想完整地保留下来，必须保证采样率在最高频率的2倍以上，～5倍为宜。在本次研究中，当SB的频率达到4MHz时，若是采样率为4M，会造成得到的功耗图出现失真的现象，无法对功耗变化予以反映，攻击效果也无法对其中的密钥字节进行识别，当采样率调整到10MHz（）后，功耗波形变得清晰可见，并且能够从攻击结果中看到50%以上的密钥字节，将采样频率调整至20MHz（5倍）时，能够看到所有的密钥字节。由此可见，想要确保攻击能够成功，就必须使采样率足够高，原始频率的5倍为最佳值[6]。
明文数量
在差分功耗攻击过程中，参与实际计算的明文数量对攻击效果具有一定程度的影响。当其他参数保持不变时，通过对明文数量的改变，能够获得不同数量下的功耗攻击效果。由试验结果可知，当参与计算的明文数量为16条时，攻击效果一般，随着明文的数量增加至100条后，功耗攻击效果显著提升。而明文数量不足10条时，基本无法识别出密钥字节，明文数量达到100条时，能够识别出密钥字节。将明文数量从100条增加到200条，攻击效果并未出现过于明显的变化。因此，参与计算的明文数量以100条最为理想，过多浪费，过少则无法达到预期中的效果。
噪声水平
在DPA攻击中，示波器进行信号采集时，会有噪声混入，以电学噪声、转换噪声为主，为确保攻击效果，必须对噪声的影响进行考虑。通过减弱噪声的方法，对噪声影响进行试验，在保持其他参数不变的情况下，对噪声进行减弱，得出攻击效果。由此可知，随着噪声的降低，攻击效果更加明显。所以要采取有效的方法和措施，对噪声进行抑制。
3 结论
综上所述，AES加密算法以其自身所具备的诸多优势，