一种检测has-160算法抵御差分故障攻击的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及密码算法安全领域，特别是设及一种检测HAS-160算法抵御差分故障 攻击的方法。
【背景技术】
[0002] 从古至今，信息安全问题一直是人们关注的对象，随着数字化管理的普及，信息安 全问题引申成了密码学中算法安全性的问题。HAS-160算法是韩国数字签名标准中使用的 哈希函数，其结构类似于SHA-I算法，在甜A-I的基础上做了一些增加算法强度的变化。HAS-160算法在扩张明文的时候没有循环，使得算法安全性大大增加，然而HAS-160算法的分组 密码特性，致使其不能逃过差分故障攻击的威胁。
[0003] 差分故障攻击针对分组密码的结构和轮函数的特性，故障攻击结合差分分析，通 过多次实验，在算法执行时导入故障，分析其对密文影响，计算出可能的密钥，最终获得密 钥。目前还没有公开的报告评估HAS-160算法抵御差分故障攻击的能力，运给正在使用HAS-160 算法封装的产 品留下 了安全隐患。
[0004] 符号说明：
[0005] M:明文消息；
[0006] C:正常状态下，HAS-160算法处理消息后的正确输出；
[0007] C*: HAS-160算法加密时导入故障的错误输出；
[000引 A C:正确输出C与错误输出C*之间的差分值；
[0009] 异或运算；
[0010] A，B，C，D，E:缓冲区寄存器，每个大小均为32bit;
[OO^M] A Co、A Cl、A〔2、A〔3、A C4:分别代表缓存区中最后一轮输出结果的差分；
[001^ 41，81，。瓜瓜:第1步缓存区中的值，记[0,79]。
【发明内容】
[0013] 本发明所要解决的技术问题是提供一种检测HAS-160算法抵御差分故障攻击的方 法，能够评估出HAS-160算法抵御差分故障攻击的能力。
[0014] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种检测HAS-160算法抵御差 分故障攻击的方法，包括W下步骤：
[0015] (1)随机生成要处理的明文消息；
[0016] (2)利用HAS-160算法处理所述明文消息，得到正确输出和错误输出；
[0017] (3)计算正确输出和错误输出的差分值；
[0018] (4)分析差分值，判断HAS-160算法是否受到差分故障攻击的影响，并推导出故障 导入的位置，分析其有效性。
[0019] 所述步骤(4)具体如下:令差分值A C= ( A Co, A Cl，A C2, A C3, A C4)，保存于160比 特的缓存区中，缓存区用5个32比特长的寄存器（A，B，C，D，E)表示，其中，ACo, ACi, A C2, A C3和A C4均为32比特，分别代表缓存区中最后一轮输出结果的差分;其中，对故障位置的 有效性分析如下：
[0020]有效故障：
[0021 ] i)当A Co、A Cl、A C2、A C3辛0时，故障导入的位置为A77;
[0022] ii)当A Co、A Cl、A C2、A C4辛0时，故障导入的位置为B77;
[002；3] iii)当ACo、ACi、AC2、AC3、AC4中均不为加寸，故障导入的位置为A76W及A76之前 的任何位置；
[0024] 无效故障：
[0025] I)当差分值A C = O时，说明导入的故障值等于当前位置上的原值，相当于没有导 入故障，故障无效；
[0026] II)当差分值AC辛0时：
[0027] i)当ACo、ACi、AC2、AC3、AC4中有且仅有一个不为0时，
[002引 a)当ACo辛0时，故障导入的位置为Aso或E79;
[0029] b)当A打辛0时，故障导入的位置为Bso;
[0030] C)当A C2辛0时，故障导入的位置为Cso;
[00川 d)当A C3辛0时，故障导入的位置为Dso;
[0032] e)当A C4辛0时，故障导入的位置为Eso;
[003；3] ii)当ACo、ACi、AC2、AC3、AC4中只有两个同时不为0时，
[0034] a)当A Co辛0且A Cl辛0时，故障导入的位置为A79;
[0035] b)当A Co辛0且A C2辛0时，故障导入的位置为B79;
[0036] C)当A Co辛0且A C3辛0时，故障导入的位置为C79;
[0037] d)当A Co辛0且A C4辛0时，故障导入的位置为D79;
[003引 iii)当ACo、ACi、AC2、AC3、AC4中只有S个同时不为0时，
[0039] a)当A Co、A Cl和A C2辛0时，故障导入的位置为A78;
[0040] b)当A Co、A Cl和A C3辛0时，故障导入的位置为B78;
[0041 ] C)当A Co、A Cl和A C4辛0时，故障导入的位置为C78。
[0042] 所述步骤(2)具体包括W下子步骤：
[0043] (21)输入明文消息，控制实验环境不受其他任何不相关事物的干扰，使得HAS-160 算法能够正确无误地进行，从而得到正确的输出结果，将其记为正确输出；
[0044] (22)重新输入明文消息，再次用HAS-160算法对其进行处理，同时借助物理设备改 变运行环境，诱导产生故障来干扰HAS-160算法的处理过程，将输出结果记为错误输出。
[0045] 所述步骤(22)中借助物理设备改变时钟、电压、湿度、福射、压力、光和/或满电流 将故障随机地导入HAS-160算法处理流程，W得到错误的输出结果。
[0046] 有益效果
[0047] 由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有W下的优点和积极效 果:本发明提供的方法准确且简单，易于实现，不仅可W评估HAS-160算法对差分故障攻击 的抵抗能力，还能推导出差分故障攻击的位置，给使用HAS-160算法封装的产品的安全性测 评提供了理论依据。
【附图说明】
[0048] 图1是本发明的流程图；
[0049] 图2是HAS-160算法的差分故障分析图；
[0050] 图3是本方案的实验环境示意图。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，运些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可W对本发明作各种改动或修改，运些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0052] 使用HAS-160算法对于同一个消息M使用同一个密钥进行处理时，如果实验环境 (如时钟、电压、湿度、福射、压力、光和满电流等)不同，攻击者可W分别获得正确输出C和错 误输出折通过计算出运两个值的输出差分值（即AC二(;?(;'），即可推导出关键信息。攻击 者可W在处理设备运行HAS-160算法期间诱导故障发生，但是不知道故障发生的具体位置 W及具体的错误值。在某些特定条件下能从差分A C中推导出故障导入的位置，此时导入的 故障称为有效故障。相反，当导入故障为无效故障的时候，本次导入的故障并不能给分析密 钥提供帮助，即通过A C不能得到重要的信息。
[0053] 图1为本发明提供的检测HAS-160算法抵御差分故障攻击的方法的流程图，所述的 检测HAS-160算法抵御差分故障攻击的方法包括如下步骤：
[0054] 步骤1:随机生成当前要处理的消息，记为M;
[0055] 步骤2:处理消息M，得到正确输出和错误输出，分别记为C和C%
[0056] 步骤3:计算正确密文C和错误密文勺差分值，结果记为A C;
[0057] 步骤4:分析AC,推断出导入位置，并判断导入故障是否有效。
[005引针对步骤2,用HAS-160算法对M进行处理，实验过程中，对运行环境实施两种不同 的控制，即：
[0059] (1)输入消息M，控制实验环境不受其他任何不相关事物的干扰，使得HAS-160算法 能够正确无误地进行，从而得到正确的输出结果，将其记为C;
[0060] (2)重新输入消息M，再次用HAS-160算法对其进行处理，同时借助其他物理设备改 变运行环境，诱导产生故障来干扰HAS-160算法的处理过程，将输出结果记为
[0061] 其中，步骤(2)中诱导故障产生的方法包括:改变时钟、电压、湿度、福射、压力、光 和满电流等；
[0062] 针对步骤3，计算差分AC =(―'毎广，其中冷代表异或运算，A C为160比特，令A C = (ACo, ACi, A C2, A C3, A C4)，保存于160比特的缓存区中，缓存区用5个32比特长的寄存器 (A，B，C，D，E)表示，令 AC=( ACo, ACi, AC2, AC3, AC4)，ACo, ACi, AC2, AC3和 AC4均 为32比特，分别代表缓存区中最后一轮输出结果的差分；
[0063] 针对步骤4,对A C的差分分析及确定故障位置的原理如下：
[0064] HAS-160算法对消息按51化k特长的分组为单位进行处理，总共由4轮运算组成，每 一轮都对缓存区进行20步迭代运算，输出为160比特的化Sh值，HAS-160的中间结果和最终 结果保存于160比特的缓存区中，缓存区用5个32比特长的寄存器(A，B，C，D，E)表示，如图2 所示，第i+1步的迭代公式如下：
[00化]Ai+i=Sp(Ai)@/(Bi,Ci,Di)@Ei@'Wi@Ki，
[0066] Bi+i=Ai,
[0067] Cw = Sq(Bi),
[0