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受限设备密码侧信道风险分析与防护

📚 共计 30 章节

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侧信道攻击概述

什么是侧信道攻击，历史与现状，时序、功耗、电磁、缓存等攻击分类，攻击模型与威胁建模。

实验环境搭建

ChipWhisperer、SAKURA-G硬件平台，Python/Jupyter/ChipWhisperer库安装，示波器与探针基础，实验板连接验证。

功耗分析基础

CMOS电路功耗原理，动态与静态功耗，功耗与数据相关性，SPA与DPA概念入门。

简单功耗分析（SPA）实操

采集单一加密功耗轨迹，识别DES/S盒操作序列，从轨迹提取密钥信息，掩码与隐藏防御思路。

差分功耗分析（DPA）原理

均值、方差、t检验统计基础，选择函数与假设，汉明重量/距离功耗模型，相关性分析及DPA流程。

差分功耗分析（DPA）实操

ChipWhisperer采集AES-128轨迹，编写DPA脚本，分析相关性，提取正确密钥并评估攻击成功率。

相关性功耗分析（CPA）

CPA与DPA区别，皮尔逊相关系数，CPA攻击流程，针对AES-128实操及结果解读。

高阶功耗分析

高阶DPA/CPA概念，掩码防护原理，一阶掩码弱点，二阶攻击方法，针对掩码AES实操。

电磁辐射分析（EMA）

电磁辐射原理，近场探针定位，电磁轨迹采集，与功耗对比，EMA实操采集AES电磁辐射。

时序攻击原理，数据相关时间差异，远程/本地时序攻击，针对密码比较函数实操。

缓存侧信道攻击

CPU缓存架构，Prime+Probe、Flush+Reload、Evict+Reload攻击，常数时间编程防御。

缓存Prime+Probe

故障注入攻击基础

故障注入原理，位翻转/指令跳过类型，电压/时钟/激光毛刺方法，故障模型分析。

故障注入攻击实操

ChipWhisperer时钟毛刺注入，跳过认证检查，故障注入AES最后一轮，差分故障分析(DFA)原理。

差分故障分析（DFA）实操

针对AES-128的DFA攻击，收集正确与错误密文对，推导最后一轮密钥，DFA防御思路。

掩码防护技术

布尔掩码、算术掩码、掩码转换，一阶掩码实现AES S盒，掩码的局限性讨论。

随机延迟插入，功耗均衡，双轨逻辑，隐藏技术实现与评估，隐藏与掩码结合策略。

隐藏抗泄漏

常数时间编程

常数时间原则，避免秘密分支与秘密索引，常数时间比较，bitslicing实现AES。

常数时间编程

抗侧信道密码算法

阈值实现(TI)，共享与重构，TI阶数，TI实现AES，TI安全性证明。

泄漏评估方法论

TVLA测试，t检验与泄漏检测，固定vs随机测试，泄漏评估实操与结果解读。

安全认证标准

FIPS 140-3、Common Criteria、ISO/IEC 19790、EMVCo，认证流程与文档要求。

深度学习侧信道攻击

神经网络基础，MLP与CNN架构，数据集准备，训练攻击模型，深度学习攻击实操。

深度学习MLP

侧信道攻击防御工具

开源防御库SCA-Lib，硬件安全模块HSM，安全芯片设计流程，防御工具链介绍。

物联网设备侧信道防护

IoT设备特点，低功耗约束防护，软件/硬件防护策略，智能锁案例研究。

智能卡与嵌入式安全

Java Card安全模型，智能卡攻击面，GP规范与安全通道，嵌入式安全最佳实践。

智能卡Java Card

侧信道与机器学习结合

特征提取，PCA降维，分类器选择，集成学习，对抗性攻击与防御。

机器学习PCA

量子侧信道攻击

量子计算基础，量子侧信道概念，量子攻击模型，量子防御策略，后量子密码侧信道风险。

量子后量子

侧信道攻击防御实战项目

项目需求分析，防护方案设计，实现与集成，测试验证，项目文档撰写。

侧信道攻击防御前沿

基于AI的新兴攻击，动态掩码等新型防护，工业界进展与学术界热点。

前沿动态掩码

侧信道攻击防御伦理与法律

负责任披露，黑客伦理，GDPR/CCPA等法律法规，合规性建议。

课程总结与未来展望

核心知识点回顾，技能树梳理，学习资源推荐，职业发展路径，社区与会议。