弹性泄漏基础密码方案的构造与分析

Leakage resilient cryptography, one hotspot of current cryptologic reseraches, attempts to investigate the feasibility and practicability of applying well-established provalbe security methodologies and approaches within traditional black-box cryptography to address various unintended and unavoidable side-channel leakages from cryptographic implementations, and then provides sound and reliable approaches to counteract and/or eliminate serirous physical threats posed by side-channel attacks.The research topics of this project mainly include some core and open problems concerning the construction and analysis of leakage resilient cryptographic primitives, and they are as follows: to propose realistic and practical characterization models for side-channel security, to investigate relations among formal security notions, to study construction methodologies of leakage resilient cryptographic primitives under sound and standard assumptions and/or without any support of specific hardwares or devices, to develop sound reasoning security proof techniques, to establish systematic instantiation approaches of these primitives, and to present some security metrics to measure theorectical and practical leakage resilience of these cryptographic implementations.This project aims to provide some basic conceptual tools and universal construction paradigms for designing and analyzing secure cryptographic implementations in the real world, to provide valid security metrics and practical characterization approaches for accurately examining leakage resilience of cryptographic primitives, and even to help prompt the develoment of sound theroecital side-channel security foundatations with the help of leakage resilient cryptography.

弹性泄漏密码学是当前面向工程实践的密码学前沿研究热点，旨在探讨将可证明安全性方法与手段用于解决各类密码物理实现中所产生的一般性侧信息泄漏问题的可行性与实用性，进而为从源头上彻底解决侧信道攻击威胁的防御和/或削除问题提供一种可靠的科学方法与技术途径。本项目拟对弹性泄漏基础密码方案构造与分析中的若干核心与公开问题进行研究，主要包括：提出合理实用的侧信道安全性形式化刻画模型，剖析形式化安全性定义之间的关联性，探讨标准假设下或不依赖于特殊硬件支持的基础密码方案构造方法，发展通用的安全性证明技术，建立系统的实例化方法，提出信息泄漏适应能力的刻画与分析方法等。项目研究旨在为面向工程实践的安全密码实现的设计与分析提供基础概念工具与通用构造范例支持，为审视基础密码方案的信息泄露适应能力提供有效度量方法与实用刻画手段支持，推动可靠实用的侧信道安全性公理化体系的发展与建立。

项目主要研究抗泄漏密码方案构造与安全分析中的理论与实际问题。从理论研究的角度讲，项目组研究了弹性泄露密码方案的实际安全性、抗非自适应泄露的公钥加密方案的构造与安全性证明、抗连续泄露的基于身份的加密方案的构造、基于可抽取哈希证明系统的抗泄露攻击与篡改攻击的公钥加密方案的构造、基于哈希证明系统的密码学构造工具、针对数学实例化弹性泄露密码方案的攻击、可验证的外包属性基加密方案的构造；从实际安全性分析的角度讲，项目组研究了基于典型信号处理工具的信息降噪预处理方法、基于距离相似性度量的信息泄露动态对齐方法、信息泄露分析评估框架、通用侧信道区分器的构造与效率优化、模板攻击高效刻画与区分器构造技术、模板攻击特征点优化选取技术、基于多泄漏点的CPA攻击方法，项目组研制了面向智能卡的能量泄露采集平台、侧信道分析评估基准板SCREED。上述研究为抗泄露密码方案的理论构造提供了指导方案，同时为抗泄露密码方案的实际安全分析提供了平台与方法支撑。.项目取得了丰硕的研究成果，发表学术论文22篇（均标有本项目资助号），其中SCI检索论文10篇，EI检索论文12篇；申请专利5项，其中3项已获授权；登记软件著作权28项；参加DPA Contest国际学术大赛第四阶段比赛并获得国际冠军一项；研制侧信道密码分析测评原型系统1套，研制侧信道分析检测原型设备1款；累积参加国际学术交流20余次；培养10名研究生（包括1名博士研究生与9名硕士研究生）毕业并获得学位。