Gelişmiş şifreleme standardı algoritmasının donanım üzerinde gerçeklemesine elektromanyetik alan saldırısı
Electromagnetic analysis attack on hardware implementations of the advanced encryption standard algorithm
Yazar: MUHAMMET ŞAHİNOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Şifreleme = Encryption

Özet:
Bu çalışmada, kriptografik sistemlerde kullanılan gelişmiş kodlama standardının FPGA üzerinde gerçeklemesine pasif yan kanal analizi yapılmıştır. Bu analiz kodlamanın yürütüldüğü sistemden alınan işaretlerin farkının kullanıldığı elektromanyetik alan analizidir. Sistemden elde edilen işaretler elektromanyetik yayınım şeklindedir. Bu yüzden elektromanyetik yayınım işaretini alabilmek üzere yakın alan alıcısı sistemi tasarlanmıştır. Alınan işaretlerin işaret/gürültü oranını artırabilmek için ön işleme süreci olan Kümülant analizi işlemi kullanılmıştır. Diğer bir taraftan alınan ölçümlerle analizi yapabilmek için gelişmiş kodlama standardının maskesiz ve maskeli gerçeklemeleri için tahmin matrisleri oluşturulmuştur. Gelişmiş kodlama standardının maskesiz gerçeklemesi için tahmin matrisi algoritmanın son tur adımlarından satır kaydırma işlemi çıkışı için oluşturulmuştur. Standardın maskeli gerçeklemesi için tahmin matrisi oluşturulurken birinci turun bayt yer değiştirme işlemi kullanılmıştır. Bu işlem sırasında kombinezonsal elemanların konum değiştirme sayıları kullanılmıştır. Sistemin maskesiz gerçeklemesi için gizli bilgiyi açığa çıkarıcı sonuçlar elde edilmiştir. Aynı analiz yöntemi ile sistemim maskesiz gerçeklemesinin gizli bilgiyi açığa çıkarmadığı görülmüştür. Kombinezonsal elemanların geçiş sayılarından yola çıkarak uygulanan analiz yöntemi için ise başarılı sonuçlar elde edilememiştir.

Abstract:
In this study, passive side channel analysis on advanced encryption standard which is used in cryptographic systems, implemented on FPGA is done. This analysis is an electromagnetic field analysis which uses the difference of signals taken from ciphering system. Signals taken from system were in the form of electromagnetic radiation. So near field probe was designed to be able to take electromagnetic radiated signal. Cumulant analysis which is a preprocessing step was used for increasing the ratio of signal to noise. On the other hand for making the analysis with taken measurements estimation matrices were calculated for unmasked and masked implementations of the advanced encryption standard. Estimation matrice for unmasked implementation of advanced encryption standard was estimated for output of the shift row operation processing in the last round of the algorithm. Substitution byte operation in first round of the algorithm was used to calculate estimation matrice of the masked implementation of standard. During this estimation process state change counts of combinational parts were used. Results revealing secret data for unmasked implementation of algorithm were obtained. It was seen that with the same analysis method, system hadn?t revealed the secret data for masked implementation of the algorithm. Successful results weren?t obtained for the analysis method implemented with the leading of state change count of combinational parts.