混沌密码硬件系统抗旁路攻击分析与防御技术研究

For the investigation and development of the chaos-based cryptosystems, one aspect that needs to be considered is the security performance of the hardware cryptographic systems. The cryptosecurity of the chaos-based hardware cryptosystems is one research challenge due to the developments of the cryptanalysis and the hardware circuit analysis techniques, where the system hardware architecture, robustness and security need to be further investigated. Based on the slide channel attack (SCA) theory and method, this project will investigate the countermeasure methods and strategies for the chaos-based hardware cryptosystems including to investigate and analyze the sources of the side channel information leakage, to create the models to analyze the correlations between the data processing procedure and side channel information leakage, to propose novel countermeasure strategies and hardware architectures while considering the features of the chaos-based cryptosystems and the conventional countermeasure mechanisms, and to design individual schemes for various hardware devices with low computing and hardware resource overheads. The research outcomes of this project will provide a novel way and method for the cryptanalysis of the chaos-based cryptosystems, and the experimental data, theory development to design the countermeasure strategies for the chaos-based hardware cryptosystems.

在混沌密码系统的研究与设计过程中，一个需要考虑的重要问题是密码硬件设备的安全性能。然而密码分析技术、硬件电路分析技术的快速发展使得混沌密码硬件系统在密码安全性上面临新的问题和挑战，其硬件系统结构及其安全鲁棒性等方面有待进一步研究。本项目将以电路系统旁路攻击分析理论与方法为基础，研究面向混沌密码硬件系统的抗旁路攻击分析与防御技术和策略。主要包括研究混沌密码硬件系统中旁路信息泄漏的途径，建立计算模型以分析系统数据处理流程与旁路信息泄漏之间的相关性，并联合混沌密码算法特征与常规安全防御机制，设计新的硬件系统攻击防御策略与架构，同时针对不同电子器件的结构特征与电气特性提出匹配方案来减少计算和硬件资源的消耗。本项目的研究成果能够为混沌密码系统的密码安全分析提供新的角度和方法，也能够为混沌密码硬件系统的安全防护策略提供丰富的实验数据和理论参考。

随着集成电路技术与密码分析技术的不断发展，任何形式的密码硬件设备安全问题已成为密码设计环节必须考虑的核心关键，其硬件系统结构及其安全鲁棒性等方面值得重点研究。本项目以电路系统旁路攻击分析理论与方法为基础，重点研究了面向混沌密码硬件系统的抗旁路攻击分析与防御技术和策略，主要包括了混沌密码硬件系统中的旁路信息泄漏途径与关键数据点，建立计算模型以分析密码核心算法及数据操作处理步骤对信息泄露的影响，以及密码硬件系统可能发生的安全隐患，并结合数字混沌硬件退化问题研究了随机数发生器的优化计算模型，利用混沌密码算法特征，并结合机器学习与常规防御策略，研究设计能够抵御旁路攻击的数据处理流程、信息泄露扰动策略及整体优化密码体制，提高了系统的总体安全性能，同时建立硬件测试平台分析并验证了防御策略的安全程度，不断优化算法的数据处理模式，构建高效安全的混沌密码硬件系统。本项目的研究成果能够为混沌密码系统的密码安全分析提供新的角度和方法，也能够为混沌密码硬件系统的安全防护策略提供丰富的实验数据和理论参考。