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소비 전력 테이블 생성을 통한 부채널 분석의 성능 향상
Improved Side Channel Analysis Using Power Consumption Table 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.27 no.4, 2017년, pp.961 - 970  

고가영 (고려대학교) ,  진성현 (고려대학교) ,  김한빛 (고려대학교) ,  김희석 (고려대학교) ,  홍석희 (고려대학교)

초록
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차분전력분석공격은 추측하는 비밀 정보 값에 따라 계산한 중간 값을 전력 소비 모델에 대입하여 전력 소비량을 구한 후 실제 발생한 전력 소비량과 함께 분석하여 암호화에 쓰인 비밀 정보 값을 복원한다. 이 때 흔히 쓰이는 전력 소비 모델로는 해밍 웨이트 모델이나 해밍 디스턴스 모델이 있으며 좀 더 정확한 전력 소비 모델을 구하기 위해서 전력 모델링 기법을 이용한다. 하지만 공격 타켓이 되는 장비가 가정한 전력 소비 모델과 상이한 경우 중간 값에 해당하는 전력 소비량을 옳게 반영하지 못하는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 실제 공격 장비에서 측정한 소비 전력을 테이블 형태로 저장하여 전력 소비 모델로써 이용하는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 암호화 과정에서 활용 가능한 정보(평문, 암호문 등)가 쓰이는 시점에서의 소비 전력을 이용한다. 이 방법은 사전에 탬플릿 구성을 할 필요가 없으며 실제 공격 장비에서 측정한 소비 전력을 이용하기 때문에 해당 장비의 소비 전력 모델을 정확하게 반영한다. 제안하는 방법의 성능을 확인하기 위해 시뮬레이션과 실험을 진행하였으며 제안하는 방법의 성능이 기존의 전력 모델링 기법보다 부채널 공격 성능이 향상됨을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The differential power analysis calculates the intermediate value related to sensitive information and substitute into the power model to obtain (hypothesized) power consumption. After analyzing the calculated power consumption and measuring power consumption, the secret information value can be obt...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 실제 공격 장비에서 이용 가능한 정보(평문과 암호문 등)와 관련된 전력 소비량을 테이블로 만들어 전력 소비 모델로 사용하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 기존의 모델링 기법과 달리 실제 파형을 테이블로 만들어 전력 소비 모델로 이용하기 때문에 실제 장비의 전력 소비 특성을 잘 반영한다.
  • 본 논문에서는 실제 장비에서 발생하는 전력 소비량을 이용해 테이블 형태로 만들어 전력 소비 모델로 이용할 것을 제안한다. 제안하는 방법은 암호화를 하는 모든 장비에는 평문이 로딩되거나 암호문이 쓰이는 과정이 반드시 필요하다는 사실을 활용하여 평문이 로딩되거나 암호문이 쓰이는 시점에서의 소비전력을 이용하여 테이블을 생성한 후 테이블을 전력 소비모델로 이용한다.
  • 본 절에서는 소비 전력 테이블 공격의 응용으로 1차 마스킹 적용된 AES[16]에서 대한 마스킹 복원 시나리오를 설계한다.
  • 본 절에서는 제안한 소비 전력 테이블을 이용하여 AES를 공격하는 시나리오를 설계한다.

가설 설정

  • 전역 모델의 경우 모든 값에 대하여 같은 전력 소비량을 발생시킨다고 가정하며 그 값을 상수 값으로 쓴다. 선형 모델의 경우 모든 비트가 독립적이고 특정한 가중치를 갖는다고 가정하고 있다. 만약 모든 0≤i≤n-1에 대하여 αi = 1로 고정하는 경우 해밍 웨이트 모델을 따르게 된다.
  • 전역 모델의 경우 모든 값에 대하여 같은 전력 소비량을 발생시킨다고 가정하며 그 값을 상수 값으로 쓴다. 선형 모델의 경우 모든 비트가 독립적이고 특정한 가중치를 갖는다고 가정하고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
차분 전력분석공격이란 무엇인가? 이 중 전력 분석공격은 하나 또는 적은 수의 파형을 이용하는 단순 전력분석공격(Simple Power Analysis)과 많은 수의 파형을 이용하여 통계적 방법으로 분석하는 차분 전력분석공격(Differential Power Analysis, DPA)[3,4]으로 분류할 수 있다. 차분 전력분석공격은 알려진 데이터와 추측하는 비밀 정보 값에 따라 목표로 잡은 지점의 중간 값을 연산한 후에 선택한 전력 소비 모델에 중간 값을 대입한 전력 소비량과 실제 수집된 파형을 특정 구별자를 통해 분석하여 비밀 정보 값을 복원해내는 방법이다.
차분전력분석공격에서 쓰이는 전력 소비 모델에는 무엇이 있는가? 차분전력분석공격은 추측하는 비밀 정보 값에 따라 계산한 중간 값을 전력 소비 모델에 대입하여 전력 소비량을 구한 후 실제 발생한 전력 소비량과 함께 분석하여 암호화에 쓰인 비밀 정보 값을 복원한다. 이 때 흔히 쓰이는 전력 소비 모델로는 해밍 웨이트 모델이나 해밍 디스턴스 모델이 있으며 좀 더 정확한 전력 소비 모델을 구하기 위해서 전력 모델링 기법을 이용한다. 하지만 공격 타켓이 되는 장비가 가정한 전력 소비 모델과 상이한 경우 중간 값에 해당하는 전력 소비량을 옳게 반영하지 못하는 문제가 발생한다.
부채널 공격은 공격에 이용하는 정보에 따라 무엇으로 나뉘는가? 1996년 Kocher는 이런 부가적인 정보를 이용하여 비밀정보를 복원하는 부채널 공격(Side Channel Attack)을 제안하였다[1]. 부채널 공격은 공격에 이용하는 정보에 따라서 소요시간공격[1], 전력분석공격[2], 전자기파공격[5,6]등으로 나누어진다. 이 중 전력 분석공격은 하나 또는 적은 수의 파형을 이용하는 단순 전력분석공격(Simple Power Analysis)과 많은 수의 파형을 이용하여 통계적 방법으로 분석하는 차분 전력분석공격(Differential Power Analysis, DPA)[3,4]으로 분류할 수 있다.
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참고문헌 (17)

  1. P. Kocher, J. Jaffe, and B. Jun, "Timing Attacks onImplementations of Diffie-Hellman, RSA, DSS, and Others Systems," Annual International Cryptology Conference, Springer, Berlin, Heidelberg pp. 104-113, 1996 

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  3. P. Kocher, J. Jaffe, and B. Jun, "Introduction to differential power analysis," Journal of Cryptographic Engineering vol. 1, no. 1, pp. 5-27, 2011. 

  4. Ors,S.B, Gurkaynak, F. Oswald, E, and Preneel. B, "Power-Analysis Attack on an ASIC AES implementation," Information Technology: Coding and Computing, Proceedings. ITCC 2004. International Conference on. IEEE, vol. 2. pp. 546-552, April. 2004. 

  5. Agrawal, D, Rao, J.R., nd Rohatgi, P, "Multi-channel attacks," CHES, vol. 2779, pp. 2-16, September, 2003. 

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  7. Brier, Eric, Christophe Clavier, and Francis Olivier. "Correlation power analysis with a leakage model," International Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems. Springer Berlin Heidelberg, pp. 16-29, 2004 

  8. Messerges, Thomas S., Ezzy A. Dabbish, and Robert H. Sloan. "Investigations of Power Analysis Attacks on Smartcards," Smartcard 99, pp. 151-161, 2011 

  9. Schindler, Werner, Kerstin Lemke, and Christof Paar. "A stochastic model for differential side channel cryptanalysis," International Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems, Springer Berlin Heidelberg, pp. 30-46, 2005. 

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  11. Akkar, M.L., Bevan, R., Dischamp, P., and Moyart. D, "Power analysis, what is now possible," Advances in Cryptology-ASIACRYPT 2000, pp. 489-502, 2000. 

  12. Biham, Eli, and Adi Shamir, "Power analysis of the key scheduling of the AES candidates," Proceedings of the second AES Candidate Conference,, pp. 115-121, 1999. 

  13. Chari, S., Jutla, C., Rao, J.R., and Rohatgi, P, "A cautionary note regarding evaluation of AES candidates on smart-cards," Second Advanced Encryption Standard Candidate Conference, pp. 133-147, 1999. 

  14. Tunstall, Michael, Carolyn Whitnall, and Elisabeth Oswald. "Masking tables-an underestimated security risk," International Workshop on Fast Software Encryption, Springer Berlin Heidelberg, pp. 425-444, 2013. 

  15. YongJe Choi, DooHo Cho, and JaeCheol Ryou, "Implementing Side Channel Analysis Evaluation Boards of KLA-SCARF system," Journal of The Korea Institude of Information Security & Cryptology, vol. 24, no. 1, pp. 229-240, Feb, 2014. 

  16. Herbst, Christoph, Elisabeth Oswald, and Stefan Mangard. "An AES smart card implementation resistant to power analysis attacks," International Conference on Applied Cryptography and Network Security, Springer Berlin Heidelberg, vol. 3989, pp. 239-252, Jun, 2006. 

  17. Brier, Eric, Christophe Clavier, and Francis Olivier, "Correlation power analysis with a leakage model," International Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems, Springer Berlin Heidelberg, pp. 16-29, 2004. 

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