Fluxo de ataque DPA/DEMA baseado na energia dos traços para neutralizar contramedidas por desalinhamento temporal em criptosistemas

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Lellis, Rodrigo Nuevo
• Orientador(a): Soares, Rafael Iankowski
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Computação
• Departamento: Centro de Desenvolvimento Tecnológico
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Ataques a canais laterais; Potência; DPA; DEMA; Criptografia; Side channel attacks; Power consumption; Cryptography
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
• Link de acesso: http://repositorio.ufpel.edu.br/handle/prefix/3847

Nas últimas décadas uma das grandes preocupações de projetistas de hardware dedicado a aplicações que exigem segurança e sigilo de informações tais como smart cards são os ataques a canais laterais (em inglês Side Channel Attacks – SCAs). Estes ataques permitem relacionar os dados processados em dispositivos eletrônicos com grandezas físicas tais como a potência, a emissão de radiação eletromagnética ou o tempo de processamento. Isto se torna crítico quando, por exemplo, algoritmos criptográficos são executados e a chave criptográfica pode ser revelada pelo ataque. Dentre estes ataques, os baseados nos traços de potência, conhecidos como ataque por Análise Diferencial de Potência (em inglês Differential Power Analysis – DPA) e na emissão de radiação eletromagnética, denominados de Análise Diferencial Eletromagnética (em inglês Differential Electromagnetic Analysis - DEMA) são os mais populares, e por não serem invasivos, serem eficientes e não deixarem rastros no dispositivo atacado. Por outro lado, estes ataques exigem que a aquisição dos traços de potência ou radiação eletromagnética, sejam alinhados no tempo a fim de comparar e avaliar estatisticamente as amostras relativas a execução de operações com diferentes dados. Na literatura, existem diversas contramedidas visando evitar a ação destes ataques através da inserção de aleatoriedade de execução de operações, seja através da adição de atrasos aleatórios até a execução com diferentes frequências de relógio. Da mesma forma, existem propostas de estratégias baseadas em processamento de sinais aplicadas aos traços a fim de extrair informações vazadas pela arquitetura, métodos como correlação de fase (em inglês, Phase Only Correlation - POC), deformação dinâmica de tempo (do inglês, Dynamic Time Warping - DTW) e filtros digitais são usados em fluxos de ataques para estabelecer o realinhamento de traços antes da realização de ataques. Apesar disso, estes métodos são restritos a traços processados com sinal de relógio de mesma frequência ou com pequenas variações, o que por consequência exigem um grande número de traços e seus agrupamentos por frequência de operação. Este trabalho propõe um fluxo de ataque baseado no cálculo da energia dos traços a fim de permitir o realinhamento dos traços independentemente da frequência de operação e assim potencializar a ação dos ataques DPA em arquiteturas protegidas por contramedidas com inserção de aleatoriedade no processamento. Os resultados obtidos destacam que os ataques DPA são mais efetivos quando o cálculo da energia ocorre com segmentos de tamanho aproximado a metade do ciclo médio das frequências de operação dos traços atacados. Em comparação com trabalhos anteriores, o fluxo permite uma redução, no melhor caso, de aproximadamente 93% traços para um ataque bem-sucedido, motivando o uso do fluxo proposto.