摘  要

        随着社会信息化进程的飞速发展，信息技术已广泛应用于社会生活的各个领域，在更好地为人类提供服务的同时，也带来了一个极为严峻的信息安全问题。信息安全不仅关系到个人的切身利益，也深刻地影响着整个国家民族的整体利益。因此，国内外相关领域一直对信息安全的核心问题，即密码算法的安全性，进行深入研究和探讨。

        功耗分析攻击是一种新型密码破解方法，它不是对算法本身结构进行传统分析，而是从密码算法实现的角度，对加密芯片运行中所泄漏的功耗信息进行统计分析，从而判断密码算法的关键值。由于功耗分析实现简单，成功率高等优点，成为最具威胁的旁路攻击方法之一。 研究功耗分析如何破解密码算法中的密钥的关键技术，并以此为基础提出防御功耗分析的安全密码算法是非常必要的。

        本文主要针对一类分组密码算法DES、AES算法的功耗分析方法及关键技术进行研究，完成的主要工作如下：

        1、提出一种简洁有效的功耗模型。在CMOS电路功率消耗原理的基础上分析功耗攻击与动态功耗的关系，提出一种基于汉明距离和汉明重量的功耗模型，并以此模型为基础，提出功耗分析攻击方案和D函数的选择原则，通过实例验证模型和攻击方案的有效性。

        2、 提出一种改进的AES算法抗二阶功耗分析攻击。以固定值掩码方法为基础，针对其不能抵抗二阶差分功耗分析攻击的弱点做出改进，提出一种随机化和固定值扩展相结合抗二阶差分功耗分析攻击的方案，并完成改进后的算法IP核设计。

        3、设计并自主开发一个功耗分析仿真软件。该软件完成对硬件描述语言实现的密码算法IP核进行功耗分析。用软件仿真功耗分析攻击，可以在嵌入式加密芯片的设计阶段评估设计方案和抗功耗分析攻击的性能，提高工作效率，降低开发时间和开发成本，具有很高的实用价值。此软件已经实现了仿真原始DES、AES算法一阶功耗分析攻击，加入固定值掩码的AES算法和改进后的AES算法二阶功耗分析攻击的功能。经测试得到的仿真结果与理论分析出来的攻击结果相符合，实现了本软件的设计目标。

关键词：DES；AES；功耗分析；功耗模型；仿真

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