针对位切片后量子实现的电磁故障注入端到端分析
密码学与安全
2022-04-14 v1
摘要
位切片是一种软件实现技术，将N位处理器数据通路视为N条并行单比特数据通路。位切片软件固有的空间冗余可用于构建针对实现攻击的防护措施。尽管位切片在侧信道防护方面的优势此前已被研究，但其在保护后量子算法抵御故障注入方面的应用仍未被探索。我们提出对位切片检测和阻止后量子密码学（PQC）上电磁故障注入（EMFI）攻击有效性的端到端分析。我们研究Dilithium，即NIST PQC竞赛的数字签名决赛算法。我们提出一种针对数论变换（NTT）——Dilithium中最复杂且计算密集的组件——的位切片冗余设计。我们展示了一种NTT的数据冗余对策，其为原始实现中每单比特提供两个并发比特。随后我们在Xilinx Zynq SoC中集成的667 MHz ARM Cortex-A9处理器上实现了完整的Dilithium签名流程。我们执行了详细的电磁故障注入参数搜索以优化注入电磁脉冲的位置、强度与时机。我们证明，在优化的故障注入参数下，约10%的注入故障变为潜在可利用。然而，位切片NTT设计能够捕获这些潜在可利用故障中的大多数，即便Dilithium算法其余部分以及控制流均未受保护。据我们所知，这是首个提供在算法执行全程分布式故障检测的Dilithium位切片冗余设计演示。
引用
@article{arxiv.2204.06153,
title = {An End-to-End Analysis of EMFI on Bit-sliced Post-Quantum Implementations},
author = {Richa Singh and Saad Islam and Berk Sunar and Patrick Schaumont},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.06153},
year = {2022}
}