一种HMAC-SM3密码算法的侧信道能量分析方法及装置与流程

技术特征：

1.一种HMAC-SM3密码算法的侧信道能量分析方法，其特征在于，SM3密码算法的压缩函数在第j轮的迭代运算过程中，产生第一变量TT1_j，第二变量TT2_j，其中：

TT1_j＝θ_j+W_j′，θ_j＝FF_j(A_j，B_j，C_j)+D_j+SS2_j，

TT2_j＝η_j+W_j，η_j＝GG_j(E_j，F_j，G_j)+H_j+SS1_j，

SS1_j＝((A_j＜＜＜12)+E_j+(T_j＜＜＜j))＜＜＜7，

${\mathrm{SS}2}_j={\mathrm{SS}1}_j\⊕(A_j\<\<\<12),$

0≤j≤63，且j为整数，A，B，C，D，E，F，G，H均为基于HMAC-SM3密码算法的密码模块的寄存器，所述密码模块每次调用SM3密码算法时，第二个压缩函数的初始值均为当前调用SM3密码算法时各个所述寄存器的初始状态值A₀，B₀，C₀，D₀，E₀，F₀，G₀，H₀序排列所形成的数据序列，FF_j(A_j，B_j，C_j)为对A_j，B_j和C_j布尔函数求值，GG_j(E_j，F_j，G_j)为对E_j，F_j和G_j布尔函数求值，W_j、W_j′为对一消息的一消息分组进行扩展后生成的字，T_j为常量；

所述密码模块每次调用SM3密码算法的过程中，每个压缩函数运算后的结果为V^p，1≤P≤N，P为整数；

所述分析方法包括：

分析获得第一密钥数据K_in的值，所述第一密钥数据K_in为所述密码模块第一次调用SM3密码算法时，第二个压缩函数的初始值，采用如下步骤获得K_in：

向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组M₁＝{m₁₀，m₁₁，...，m_1i，...，m_1n}，其中，消息m_1i为随机数，n为正整数，0≤i≤n，且i为整数，采集消息组M₁中每条消息的能量消耗信息，建立能量消耗矩阵，并在j＝0时，分别选择第一变量TT1₀和第二变量TT2₀作为分析对象，根据消息组M₁的输入数据以及对应采集到的能量消耗信息，采用侧信道能量分析方法，分别获得θ₀和η₀的值；

向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组M₂＝{m₂₀，m₂₁，...， m_2i，...，m_2n}，采集消息组M₂中每条消息的能量消耗信息，建立能量消耗矩阵，其中，消息m_2i第一个消息分组的W₀及W₄均为0，其余均为随机数，并在j＝1时，分别选择第一变量TT1₁和第二变量TT2₁作为分析对象，根据消息组M₂的输入数据以及对应采集到的能量消耗信息，采用侧信道能量分析方法，分别获得θ₁和η₁的值；

向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组M₃＝{m₃₀，m₃₁，...，m_3i，...，m_3n}，采集消息组M₃中每条消息的能量消耗信息，建立能量消耗矩阵，其中，消息m_3i第一个消息分组的W₀、W₁、W₄及W₅均为0，其余均为随机数，并在j＝2时，分别选择第一变量TT1₂和第二变量TT2₂作为分析对象，根据消息组M₃的输入数据以及对应采集到的能量消耗信息，采用侧信道能量分析方法，分别获得θ₂和η₂的值；

向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组M₄＝{m₄₀，m₄₁，...，m_4i，...，m_4n}，采集消息组M₄中每条消息的能量消耗信息，建立能量消耗矩阵，其中，消息m_4i第一个消息分组的W₀、W₁、W₂、W₄、W₅及W₆均为0，其余均为随机数，并在j＝3时，分别选择第一变量TT1₃和第二变量TT2₃作为分析对象，根据消息组M₄的输入数据以及对应采集到的能量消耗信息，采用侧信道能量分析方法，分别获得θ₃和η₃的值；

根据所获得的θ₀、θ₁、θ₂、θ₃、η₀、η₁、η₂及η₃的值，计算变量A₀、B₀、C₀、D₀、E₀、F₀、G₀和H₀的值，并将所述变量A₀、B₀、C₀、D₀、E₀、F₀、G₀和H₀的值顺序排列以获得所述第一密钥数据K_in的值；

分析获得第二密钥数据K_out的值；

根据所获得的第一密钥数据K_in的值以及第二密钥数据K_out的值，生成消息摘要。

2.如权利要求1所述的HMAC-SM3密码算法的侧信道能量分析方法，其特征在于，所述分析获得第二密钥数据K_out的值，包括：采用如下方式获得第二密钥数据K_out的值：

向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组U1＝{u₁₀，u₁₁，...，u_li，...，u_1n}，其中，n为正整数，0≤i≤n，且i为整数；

采集所述密码模块应用HMAC-SM3密码算法对所输入的每条消息进行处理的过程中所产生的能量消耗信息，并建立能量消耗矩阵；

选择作为分析对象，根据所输出的消息V^N以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法获得所述第二密钥数据K_out的值。

3.如权利要求1所述的HMAC-SM3密码算法的侧信道能量分析方法，其特征在于，所述分析获得第二密钥数据K_out的值，包括：采用如下步骤获得第二密钥数据K_out的值：

向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组U2＝{u₂₀，u₂₁，...，u_2i，...，u_2n}，其中，n为正整数，0≤i≤n，且i为整数；

采集所述密码模块应用HMAC-SM3密码算法对所输入的每条消息进行处理的过程中所产生的能量消耗信息，并建立能量消耗矩阵；

在j＝0时，分别选择第一变量TT1₀和第二变量TT2₀作为分析对象，根据所输入的消息以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法，先分别获得(FF₀(A₀，B₀，C₀)+D₀+SS2₀)和(GG₀(E₀，F₀，G₀)+H₀+SS1₀)的值，再分别获得第一变量TT1₀和第二变量TT2₀的值，即变量A₁和E₁的值；

在j＝1时，先分别选择和作为分析对象，分别根据所述变量A₁和E₁的值，以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法，分别获得变量B₁、F₁的值；再分别选择和作为分析对象，分别根据所获得的变量B₁、A₁的值以及变量F₁和E₁的值，以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法，分别获得变量C₁、G₁的值；再根据所获得的变量B₁和C₁的值，分别获得变量A₀和B₀的值；最后根据所获得的变量F₁和G₁的值，分别获得变量E₀和F₀的值；

在j＝1时，选择第一变量TT1₁或(FF₁(A₁，B₁，C₁)+D₁)作为分析对象，根据所获得的变量A₁、B₁和C₁的值，以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法获得变量D₁的值；选择第二变量TT2₁或(GG₁(E₁，F₁，G₁)+H₁)作为分析对象，根据所获得的变量E₁、F₁和G₁的 值，以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法获得变量H₁的值；再根据所获得的变量D₁和H₁的值，分别获得变量C₀和G₀的值；

在j＝0时，选择(FF₀(A₀，B₀，C₀)+D₀+SS2₀)作为分析对象，根据所获得的变量A₀、B₀和C₀的值，获得变量D₀的值；选择(GG₀(E₀，F₀，G₀)+H₀+SS1₀)作为分析对象，根据所获得的变量E₀、F₀和G₀的值，获得变量H₀的值；

根据所述变量A₀、B₀、C₀、D₀、E₀、F₀、G₀和H₀的值，获得所述第二密钥数据K_out的值。

4.如权利要求1至3任一项所述的HMAC-SM3密码算法的侧信道能量分析方法，其特征在于，所述侧信道能量分析方法包括：差分能量分析DPA或相关能量分析CPA。

5.一种HMAC-SM3密码算法的侧信道能量分析装置，其特征在于，SM3密码算法的压缩函数在第j轮的迭代运算过程中，产生第一变量TT1_j，第二变量TT2_j，其中：

TT1_j＝θ_j+W_j′，θ_j＝FF_j(A_j，B_j，C_j)+D_j+SS2_j，

TT2_j＝η_j+W_j，η_j＝GG_j(E_j，F_j，G_j)+H_j+SS1_j，

SS1_j＝((A_j＜＜＜12)+E_j+(T_j＜＜＜j))＜＜＜7，

${\mathrm{SS}2}_j={\mathrm{SS}1}_j\⊕(A_j\<\<\<12),$

0≤j≤63，且j为整数，A，B，C，D，E，F，G，H均为基于HMAC-SM3密码算法的密码模块的寄存器，所述密码模块每次调用SM3密码算法时，第二个压缩函数的初始值均为当前调用SM3密码算法时各个所述寄存器的初始状态值A₀，B₀，C₀，D₀，E₀，F₀，G₀，H₀顺序排列所形成的数据序列，FF_j(A_j，B_j，C_j)为对A_j，B_j和C_j布尔函数求值，GG_j(E_j，F_j，G_j)为对E_j，F_j和G_j布尔函数求值，W_j、W′_j为对一消息的一消息分组进行扩展后生成的字，T_j为常量；

所述密码模块每次调用SM3密码算法的过程中，每个压缩函数运算后的结果为V^p，1≤P≤N，P为整数；

所述分析装置包括：

第一分析单元，用于分析获得第一密钥数据K_jn的值，所述第一密钥数据K_jn为所述密码模块第一次调用SM3密码算法时，第二个压缩函数的初始值，包括：

第一输入子单元，用于向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组M₁＝{m₁₀，m₁₁，...，m_1i，...，m_1n}，其中，消息m_1i为随机数，n为正整数，0≤i≤n，且i为整数；

第一采集子单元，用于采集消息组M₁中每条消息的能量消耗信息，并建立能量消耗矩阵；

第一分析子单元，用于在j＝0时，分别选择第一变量TT1₀和第二变量TT2₀作为分析对象，根据消息组M₁的输入数据以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法，分别获得θ₀和η₀的值；

第二输入子单元，用于向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组M₂＝{m₂₀，m₂₁，...，m_2i，...，m_2n}，其中，消息m_2i第一个消息分组的W₀及W₄均为0，其余均为随机数；

第二采集子单元，用于采集消息组M₂中每条消息的能量消耗信息，并建立能量消耗矩阵；

第二分析子单元，用于在j＝1时，分别选择第一变量TT1₁和第二变量TT2₁作为分析对象，根据消息组M₂的输入数据以及对应采集到的能量消耗信息，采用侧信道能量分析方法，分别获得θ₁和η₁的值；

第三输入子单元，用于向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组M₃＝＝{m₃₀，m₃₁，...，m_3i，...，m_3n}，其中，消息m_3i第一个消息分组的W₀、W₁、W₄及W₅均为0，其余均为随机数；

第三采集子单元，用于采集消息组M₃中每条消息的能量消耗信息，并建立能量消耗矩阵；

第三分析子单元，用于在j＝2时，分别选择第一变量TT1₂和第二变量TT2₂作为分析对象，根据消息组M₃的输入数据以及对应采集到的能量消耗信息，采用侧信道能量分析方法，分别获得θ₂和η₂的值；

第四输入子单元，用于向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组M₄＝＝{m₄₀，m₄₁，...，m_4i，...，m_4n}，其中，消息m_4i第一个消息分组 的W₀、W₁、W₂、W₄、W₅及W₆均为0，其余均为随机数；

第四采集子单元，用于采集消息组M₄中每条消息的能量消耗信息，并建立能量消耗矩阵；

第四分析子单元，用于在j＝3时，分别选择第一变量TT1₃和第二变量TT2₃作为分析对象，根据消息组M₄的输入数据以及对应采集到的能量消耗信息，采用侧信道能量分析方法，分别获得θ₃和η₃的值；

计算子单元，用于根据所获得的θ₀、θ₁、θ₂、θ₃、η₀、η₁、η₂及η₃的值，计算变量A₀、E₀、B₀、F₀、C₀、G₀、D₀及H₀的值，并将所述变量A₀、B₀、C₀、D₀、E₀、F₀、G₀和H₀的值顺序排列以获得所述第一密钥数据K_in的值；

第二分析单元，用于分析获得第二密钥数据K_out的值；

生成单元，根据所获得的第一密钥数据K_in的值以及第二密钥数据K_out的值，生成消息摘要。

6.如权利要求5所述的HMAC-SM3密码算法的侧信道能量分析装置，其特征在于，所述第二分析单元包括：

输入子单元，用于向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组U1＝{u₁₀，u₁₁，...，u_li，...，u_1n}，其中，n为正整数，0≤i≤n，且i为整数；

采集子单元，用于采集所述密码模块应用HMAC-SM3密码算法对所输入的每条消息进行处理的过程中所产生的能量消耗信息，并建立能量消耗矩阵；

分析子单元，用于选择作为分析对象，根据所输出的消息V^N以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法获得所述第二密钥数据K_out的值。

7.根据权利要求5所述的HMAC-SM3密码算法的侧信道能量分析装置，其特征在于，所述第二分析单元包括：

输入子单元，用于向基于HMAC-SM3密码算法的密码模块输入消息组U2＝{u₂₀，u₂₁，...，u_2i，...，u_2n}，其中，n为正整数，0≤i≤n，且i为整 数；

采集子单元，用于采集所述密码模块应用HMAC-SM3密码算法对所输入的每条消息进行处理的过程中所产生的能量消耗信息，并建立能量消耗矩阵；

第一分析子单元，用于在j＝0时，分别选择第一变量TT1₀和第二变量TT2₀作为分析对象，根据所输入的消息以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法，先分别获得(FF₀(A₀，B₀，C₀)+D₀+SS2₀)和(GG₀(E₀，F₀，G₀)+H₀+SS1₀)的值，再分别获得第一变量TT1₀和第二变量TT2₀的值，即变量A₁和E₁的值；

第二分析子单元，用于在j＝1时，先分别选择和作为分析对象，分别根据所述变量A₁和E₁的值，以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法，分别获得变量B₁、F₁的值；再分别选择和作为分析对象，分别根据所获得的变量B₁、A₁的值以及变量F₁和E₁的值，以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法，分别获得变量C₁、G₁的值；再根据所获得的变量B₁和C₁的值，分别获得变量A₀和B₀的值；最后根据所获得的变量F₁和G₁的值，分别获得变量E₀和F₀的值；

第三分析子单元，用于在j＝1时，选择第一变量TT1₁或(FF₁(A₁，B₁，C₁)+D₁)作为分析对象，根据所获得的变量A₁、B₁和C₁的值，以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法获得变量D₁的值；选择第二变量TT2₁或(GG₁(E₁，F₁，G₁)+H₁)作为分析对象，根据所获得的变量E₁、F₁和G₁的值，以及对应采集到的能量消耗数据，采用侧信道能量分析方法获得变量H₁的值；再根据所获得的变量D₁和H₁的值，分别获得变量C₀和G₀的值；

第四分析子单元，用于在j＝0时，选择(FF₀(A₀，B₀，C₀)+D₀+SS2₀)作为分析对象，根据所获得的变量A₀、B₀和C₀的值，获得D₀的值；选择(GG₀(E₀，F₀，G₀)+H₀+SS1₀)作为分析对象，根据所获得的变量E₀、F₀和G₀的值，获得变量H₀的值；

第五分析子单元，用于根据所述变量A₀、B₀、C₀、D₀、E₀、F₀、G₀和 H₀的值，获得所述第二密钥数据K_out的值。

8.如权利要求5至7任一项所述的HMAC-SM3密码算法的侧信道能量分析装置，其特征在于，所述侧信道能量分析方法包括：差分能量分析DPA或相关能量分析CPA。