### 实现DES与AES的安全性：抵御某些攻击的策略 #### 概述 本文献介绍了一种名为“变换掩码法”（Transformed Masking Method）的新保护原理，并将其应用于两个广泛使用的分组密码算法——DES（数据加密标准）与AES（高级加密标准）。该方法旨在增强智能卡内加密算法实现的安全性，特别是针对侧信道攻击中的功率分析攻击（如SPA、DPA等）。文献由Mehdi-Laurent Akkar与Christophe Giraud撰写，并发表在2001年的《硬件安全与密码学会议》上。 #### 背景与动机 自保罗·科赫尔(Paul Kocher)等人于1998年引入差分功率分析(Differential Power Analysis, DPA)以来，针对智能卡等嵌入式设备上的密码算法实施了许多保护措施来防御此类基于功耗的侧信道攻击。这些保护措施主要包括： - 插入虚拟指令； - 操作随机化； - 数据变换（例如Duplication Method）； - 数据掩码（包括布尔掩码与算术掩码）。 #### 变换掩码法原理 **变换掩码法**是一种新颖的保护策略，其核心思想是在算法开始时对消息进行掩码处理，之后在大多数步骤中按常规方式操作。这种方法不同于以往提出的许多方法，在每一步都需要满足特定的掩码条件。变换掩码法则仅需在固定的步骤（如每轮结束或非线性部分结束时）知道掩码值，并在算法结束时重新建立预期的掩码值。 这种方法的主要优势在于简化了掩码应用的复杂性，尤其是在处理非线性部分时。传统的掩码方法通常需要在整个算法过程中保持掩码的一致性，这会显著增加计算负担。变换掩码法则通过减少需要维护掩码一致性的步骤数量，从而降低了实现难度。 #### DES与AES的实施 文献详细介绍了如何将变换掩码法应用于DES与AES算法的实现中，具体包括： - **DES算法**：作者引入了变换后的S盒(transformed S-boxes)，这是一种特殊的非线性组件，用于替换原算法中的标准S盒。通过这种方式，即使攻击者能够获取到S盒的输入输出信息，也难以反推出原始明文。 - **AES算法**：对于AES算法，作者提出了一种新的掩码方法及其在Rijndael（AES的标准实现）非线性部分的应用。这一方法通过引入乘法掩码（Multiplicative Mask），使得在处理非线性变换时能够有效隐藏关键数据。 #### 技术细节 - **位级随机化**：为了进一步增强安全性，作者还提出了一种位级随机化的技术。该技术在计算过程中随机化每个比特的操作，增加了攻击者通过功率分析来推断密钥的难度。 - **掩码恢复**：无论是在DES还是AES的实施中，作者都详细讨论了如何在算法的特定步骤中恢复掩码值，确保最终输出的正确性。这对于确保算法的完整性和安全性至关重要。 #### 结论 通过结合传统的保护措施和新提出的变换掩码法，作者展示了一种能够有效提高DES与AES算法在智能卡等嵌入式设备上实施安全性的方法。这种方法不仅能够抵御常见的功率分析攻击，而且在实际应用中具有较高的可行性和效率。随着嵌入式系统中数据安全需求的不断增加，这种新型的保护策略为密码学领域提供了一个有价值的参考方向。

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