Yon kanal hujumi - Side-channel attack

Kod hal qilishga urinish RSA yordamida asosiy bitlar quvvatni tahlil qilish. Chap cho'qqisi qadam bosqichida protsessor quvvatining o'zgarishini anglatadi algoritm ko'paytirmasdan, o'ng (kengroq) tepalik - ko'payish bilan qadam, tajovuzkorga 0, 1 bitlarini o'qishga imkon beradi.

Yilda kompyuter xavfsizligi, a yon kanal hujumi dan olingan ma'lumotlarga asoslangan har qanday hujum amalga oshirish amalga oshirilgan algoritmning zaif tomonlarini emas, balki kompyuter tizimining (masalan. kriptanaliz va dasturiy ta'minotdagi xatolar ). Vaqt haqida ma'lumot, quvvat sarfi, elektromagnit oqish yoki hatto tovush foydalanish mumkin bo'lgan qo'shimcha ma'lumot manbasini taqdim etishi mumkin.

Ba'zi yon kanalli hujumlar tizimning ichki ishlashi to'g'risida texnik bilimlarni talab qiladi, ammo boshqalar kabi differentsial quvvat tahlili kabi samarali qora quti hujumlar. Ning ko'tarilishi Veb 2.0 ilovalar va xizmat sifatida dasturiy ta'minot veb-brauzer va server o'rtasida uzatmalar shifrlangan bo'lsa ham (masalan, HTTPS yoki Wi-fi dan tadqiqotchilarning fikriga ko'ra shifrlash) Microsoft tadqiqotlari va Indiana universiteti.^[1] Ko'pgina kuchli kanalli hujumlar kashshof qilingan statistik usullarga asoslangan Pol Kocher.^[2]

Qonuniy kirish huquqiga ega bo'lgan odamlarni aldash yoki majburlash orqali kriptosistemani buzishga urinishlar odatda yon kanal hujumlari deb hisoblanmaydi: qarang ijtimoiy muhandislik va rezina shlang kriptanalizi.

Umumiy

Yon kanal hujumining umumiy sinflariga quyidagilar kiradi:

• Kesh hujumi - tajovuzkor tomonidan virtualizatsiya qilingan muhitda yoki bulutli xizmat turidagi kabi umumiy jismoniy tizimda jabrlanuvchi tomonidan amalga oshirilgan keshga kirishni nazorat qilish qobiliyatiga asoslangan hujumlar.
• Vaqt hujumi - turli xil hisob-kitoblarni (masalan, tajovuzkorning berilgan parolini jabrlanuvchining noma'lum paroli bilan taqqoslash kabi) hisoblash uchun qancha vaqt ketishini o'lchashga asoslangan hujumlar.
• Quvvatni nazorat qilish hujumi - hisoblash paytida apparat tomonidan har xil quvvat sarfini ishlatadigan hujumlar.
• Elektromagnit hujum - to'g'ridan-to'g'ri tekis matnlarni va boshqa ma'lumotlarni taqdim etishi mumkin bo'lgan elektromagnit nurlanishga asoslangan hujumlar. Bunday o'lchovlar yordamida quvvatni tahlil qilishda teng keladigan usullardan foydalangan holda kriptografik kalitlarni chiqarish yoki kriptografik bo'lmagan hujumlarda foydalanish mumkin. TEMPEST (aka van Ek yoki radiatsiya monitoringi) hujumlar.
• Akustik kriptanaliz - hisoblash paytida hosil bo'lgan tovushni ishlatadigan hujumlar (aksincha quvvatni tahlil qilish kabi).
• Differentsial xatolarni tahlil qilish - bu erda sirlarni hisoblashda xatolarni kiritish orqali aniqlanadi.
• Ma'lumotlarning qayta tiklanishi - taxminiy o'chirilgandan so'ng, unda maxfiy ma'lumotlar o'qiladi. (ya'ni Sovuq yuklash hujumi )
• Dasturiy ta'minot xato hujumlari - Hozirgi vaqtda nodir kanal kanallari sinfi, Qator bolg'a cheklanmagan xotirani qo'shni xotiraga tez-tez murojaat qilish orqali o'zgartirish mumkin bo'lgan misol (holatni saqlab qolish yo'qolishiga olib keladi).
• Optik - bu sirlarni va maxfiy ma'lumotlarni yuqori aniqlikdagi kamera yoki bunday imkoniyatlarga ega bo'lgan boshqa qurilmalar yordamida vizual yozuv orqali o'qish mumkin (quyida keltirilgan misollarga qarang).

Barcha holatlarda asosiy tamoyil shundan iboratki, kriptotizimning ishlashi natijasida yuzaga keladigan jismoniy ta'sirlar (yon tomonda) tizimdagi sirlar haqida foydali qo'shimcha ma'lumotlarni taqdim etishi mumkin, masalan kriptografik kalit, to'liq yoki qisman davlat to'g'risidagi ma'lumotlar oddiy matnlar va hokazo. Kriptofora (maxfiy degradatsiya) atamasi ba'zida kanalning qochqin oqibatida kelib chiqadigan maxfiy kalit materialining degradatsiyasini ifodalash uchun ishlatiladi.

Misollar

A kesh yon kanal hujumi xavfsizlik uchun muhim operatsiyalarni, masalan, AES T jadvalini kiritish kabi jarayonlarni kuzatish orqali ishlaydi^[3][4][5] yoki modulli darajaga etkazish yoki ko'paytirish yoki xotiraga kirish.^[6] Shunda tajovuzkor shifrlash kalitini chiqarib, jabrlanuvchi tomonidan qilingan (yoki qilinmagan) kirishiga qarab maxfiy kalitni tiklashga qodir. Shuningdek, ba'zi boshqa yon kanal hujumlaridan farqli o'laroq, ushbu usul davom etayotgan kriptografik operatsiyada xatolik yaratmaydi va jabrlanuvchiga ko'rinmaydi.

2017 yilda protsessorlarda keshga asoslangan zaifliklar aniqlandi (dublyaj qilingan) Erish va Spektr ), bu tajovuzkorga boshqa jarayonlar va operatsion tizimning xotirasidagi tarkibni sızdırmasına imkon beradi.

A vaqtni hujum qilish ichida va tashqarisida ma'lumotlar harakatini kuzatadi Markaziy protsessor yoki kriptosistema yoki algoritm bilan ishlaydigan apparatda xotira. Shunchaki kriptografik operatsiyalarni bajarish vaqtining o'zgarishini kuzatish orqali butun maxfiy kalitni aniqlash mumkin. Bunday hujumlar vaqtni o'lchashning statistik tahlilini o'z ichiga oladi va tarmoqlar bo'ylab namoyish etildi.^[7]

A kuch-tahlil hujumi CPU yoki kriptografik zanjir kabi qo'shimcha qurilmaning quvvat sarfini kuzatish orqali yanada batafsil ma'lumot berishi mumkin. Ushbu hujumlar taxminan oddiy quvvat tahlili (SPA) va differentsial quvvat tahlili (DPA) ga bo'linadi. Mashinada o'qitish yondashuvlarining namunasi mavjud ^[8].

Oqimdagi tebranishlar ham hosil bo'ladi radio to'lqinlari, elektromagnit (EM) emissiya o'lchovlarini tahlil qiladigan hujumlarni yoqish. Ushbu hujumlar odatda kuch-tahlil hujumlari kabi o'xshash statistik metodlarni o'z ichiga oladi.

A chuqur o'rganishga asoslangan yon kanalli hujum^[9], ^[10] bir nechta qurilmalarda quvvat va EM ma'lumotlaridan foydalanish boshqa, ammo bir xil qurilmaning maxfiy kalitini bitta iz qadar past darajada sindirish imkoniyatiga ega ekanligi bilan namoyish etildi.

Zamonaviy yonma-yon hujumlarning tarixiy o'xshashlari ma'lum. Yaqinda maxfiylashtirilmagan NSA hujjati shuni ko'rsatadiki, 1943 yilda muhandis Qo'ng'iroq telefoni ma'lum bir shifrlovchi teletaypning shifrlangan chiqishi bilan bog'liq bo'lgan osiloskopda dehifrlangan boshoqlarni kuzatdi.^[11] Avvalgisiga ko'ra MI5 ofitser Piter Rayt, Buyuk Britaniya xavfsizlik xizmati 1960-yillarda frantsuz shifrlash uskunalari chiqindilarini tahlil qildi.^[12] 1980-yillarda, Sovet tinglovchilar ekkanlikda gumon qilingan xatolar IBM ichida Selektrik qog‘ozga zarba berish uchun sharsimon shar aylanayotganda va balandlikda hosil bo‘lgan elektr shovqinini kuzatib borish uchun yozuv mashinalari; ushbu signallarning xarakteristikalari qaysi tugma bosilganligini aniqlay oladi.^[13]

Qurilmalarning quvvat sarfi isitishni keltirib chiqaradi, bu esa sovutish effektlari bilan qoplanadi. Haroratning o'zgarishi termik induktsiya qilingan mexanik stressni hosil qiladi. Ushbu stress past darajani yaratishi mumkin akustik ishlaydigan protsessorlardan chiqadigan emissiya (ba'zi hollarda taxminan 10 kHz). Tomonidan so'nggi tadqiqotlar Shomir va boshq. kriptosistemalar va algoritmlarning ishlashi to'g'risida ma'lumotni shu yo'l bilan ham olish mumkin degan fikrni ilgari surdi. Bu akustik kriptanaliz hujumi.

Agar protsessor chipining yuzasi yoki ba'zi hollarda CPU to'plami kuzatilishi mumkin bo'lsa, infraqizil tasvirlar shuningdek, a deb nomlanuvchi protsessorda bajarilayotgan kod haqida ma'lumot berishi mumkin termal-tasviriy hujum.^{[iqtibos kerak ]}

An optik yon kanal hujumi misollar qattiq disk faoliyati indikatoridan yig'iladigan ma'lumotlarni o'z ichiga oladi^[14] holatini o'zgartirganda tranzistorlar chiqaradigan oz sonli fotonlarni o'qishga.^[15]

Ajratishga asoslangan yon kanallar mavjud va bir vaqtning o'zida bahslashayotgan manbani talab qilayotgan mijozlarga tarmoq o'tkazuvchanligi kabi manbani ajratishdan (foydalanishga qarshi) ma'lumotlarga murojaat qiling. ^[16].

Qarshi choralar

Yon kanalli hujumlar yon kanal orqali chiqarilgan (oshkor qilingan) ma'lumotlar va maxfiy ma'lumotlar o'rtasidagi munosabatlarga asoslanganligi sababli, qarshi choralar ikkita asosiy toifaga bo'linadi: (1) bunday ma'lumotlarning chiqarilishini yo'q qilish yoki kamaytirish va (2) o'rtasidagi munosabatlarni bartaraf etish oshkor qilingan ma'lumotlar va maxfiy ma'lumotlar, ya'ni oshkor qilingan ma'lumotni bir-biriga bog'liq emas, aniqrog'i aloqasiz, maxfiy ma'lumotlarga, odatda kriptografik operatsiyani (masalan, parol hal qilish) tugatgandan so'ng qaytarib olinadigan tarzda o'zgartiradigan shifrlangan matnni tasodifiy tasniflash usuli orqali.

Birinchi toifaga muvofiq elektromagnit chiqindilarni kamaytirish uchun sezgirlikni kamaytiradigan maxsus ekranlangan displeylar mavjud TEMPEST hujumlar, endi savdo sifatida mavjud. Elektr tarmoqlarini konditsionerlash va filtrlash quvvatni nazorat qilish hujumlarini to'xtatishga yordam beradi, ammo bunday choralardan ehtiyotkorlik bilan foydalanish kerak, chunki juda kichik korrelyatsiyalar ham saqlanib qolishi va xavfsizlikka zarar etkazishi mumkin. Jismoniy to'siqlar mikrofonlarni (akustik hujumlarga qarshi turish uchun) va boshqa mikro-kuzatuv moslamalarini (CPU quvvatini tortib olish yoki issiqlik bilan tasvirlash hujumlariga qarshi) yashirin o'rnatish xavfini kamaytirishi mumkin.

Yana bir qarshi choralar (hali ham birinchi toifada) - chiqarilgan kanalni shovqin bilan yopish. Masalan, xujumlarni to'xtatish uchun tasodifiy kechikish qo'shilishi mumkin, ammo raqiblar bu kechikishlarni o'rtacha o'lchovlar yordamida qoplashlari mumkin (yoki umuman olganda, tahlilda ko'proq o'lchovlardan foydalangan holda). Yon kanaldagi shovqin miqdori oshgani sayin, dushman ko'proq o'lchovlarni to'plashi kerak.

Birinchi toifadagi yana bir qarshi choralar - bu xavfsizlikni tahlil qilish dasturidan foydalanib, bazaviy apparatning o'zi loyihalash bosqichlarida topilishi mumkin bo'lgan yon kanalli hujumlarning ayrim sinflarini aniqlash. Vaqt hujumlari va kesh hujumlari ikkala tijoratda mavjud bo'lgan xavfsizlikni tahlil qilish uchun mo'ljallangan dasturiy ta'minot platformalari orqali aniqlanadi, bu esa hujumning zaifligini aniqlashga imkon beradi, shuningdek, zaiflikni chetlab o'tish uchun me'moriy o'zgarish samaradorligi. Ushbu qarshi chora-tadbirlarni qo'llashning eng keng qamrovli usuli - bu apparat xavfsizligi uchun hayotni rivojlantirish tsiklini yaratishdir, bu jihozni ishlab chiqish davrining tegishli bosqichlarida mavjud bo'lgan barcha xavfsizlik tahlil platformalaridan foydalanishni o'z ichiga oladi.^[17]

Hisoblash vaqtlari diskret soat tsikllari bo'yicha aniqlangan nishonlarga qarshi xurujlar bo'lsa, samarali qarshi choralar dasturiy ta'minotni izoxron, ya'ni maxfiy qadriyatlarga bog'liq bo'lmagan holda doimiy ravishda ishlashga mo'ljallangan. Bu vaqt hujumlarini imkonsiz qiladi.^[18] Bunday qarshi choralarni amalda amalga oshirish qiyin bo'lishi mumkin, chunki hatto ayrim ko'rsatmalar ham ba'zi CPUlarda o'zgaruvchan vaqtga ega bo'lishi mumkin.

Oddiy quvvat hujumlariga qarshi qisman qarshi choralardan biri, ammo quvvatni tahlil qilishning differentsial hujumlari emas, balki dasturiy ta'minotni "dastur xavfsizligi modeli" da "kompyuter xavfsizligi" darajasida loyihalashtirishdir. Kompyuter bilan himoyalangan dasturda ijro etish yo'li maxfiy qiymatlarga bog'liq emas. Boshqacha qilib aytganda, barcha shartli filiallar faqat ommaviy ma'lumotlarga bog'liq. (Bu izoxronik kodga qaraganda ancha cheklovchi, ammo tarmoqsiz kodga qaraganda kamroq cheklovli shartdir.) Garchi ko'paytirish operatsiyalari kuchga ega bo'lsa ham Yo'q deyarli barcha protsessorlarda doimiy bajarilish yo'lidan foydalanib, operatsiyaga bog'liq bo'lgan quvvat farqlari (kuchning bir shoxni boshqasini tanlashidan farqi) maxfiy ma'lumotlarning tarqalishini oldini oladi.^[18]Buyruqning bajarilish vaqti ma'lumotlarga bog'liq bo'lmagan arxitekturalarda kompyuter tomonidan himoyalangan dastur ham vaqt hujumlariga qarshi immunitetga ega.^[19][20]

Kodning izoxron bo'lmagan bo'lishining yana bir usuli bu zamonaviy protsessorlarning xotira keshiga ega bo'lishi: kamdan kam foydalaniladigan ma'lumotlarga kirish katta vaqt jazosiga ega bo'lib, xotira bloklaridan foydalanish chastotasi haqida ba'zi ma'lumotlarni aniqlab beradi. Kesh xurujlariga qarshi turish uchun mo'ljallangan kriptografik kod xotiradan faqat taxmin qilinadigan usulda foydalanishga urinishlarni amalga oshiradi (masalan, faqat kirish, chiqish va dastur ma'lumotlariga kirish va buni belgilangan sxema bo'yicha bajarish). Masalan, ma'lumotlarga bog'liq jadvalni qidirish oldini olish kerak, chunki kesh qidirish jadvalining qaysi qismiga kirilganligini ko'rsatishi mumkin.

Boshqa qisman qarshi choralar ma'lumotlarga bog'liq quvvat farqlaridan kelib chiqadigan ma'lumotlarning hajmini kamaytirishga harakat qiladi, ba'zi operatsiyalar maxfiy qiymatdagi 1 bit soniga bog'liq bo'lgan quvvatdan foydalanadi. doimiy vazn kodi (masalan, foydalanish kabi) Fredkin darvozalari yoki ikkita temir yo'lli kodlash) haqida ma'lumotlarning tarqalishini kamaytirishi mumkin Hamming vazni maxfiy qiymatga ega, ammo muvozanat mukammal bo'lmaguncha ekspluatatsiya qilinadigan korrelyatsiyalar saqlanib qolishi mumkin. Ushbu "muvozanatli dizayni" dasturiy ta'minotda ma'lumotlar va ularning to'ldiruvchilarini birgalikda boshqarish orqali taxmin qilish mumkin.^[18]

Sifatida bir nechta "xavfsiz protsessorlar" qurilgan asenkron protsessorlar; ularda global vaqt ko'rsatkichlari mavjud emas. Ushbu protsessorlar vaqtni va kuch hujumlarini qiyinlashtirmoqchi bo'lgan bo'lsa-da,^[18] keyingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, asenkron sxemalardagi vaqt farqlarini olib tashlash qiyinroq^{[iqtibos kerak ]}.

Ikkinchi toifaning odatiy namunasi (dekoratsiya) - deb nomlanuvchi usul ko'r qilish. Bo'lgan holatda RSA maxfiy ko'rsatkich bilan parolni hal qilish ${ displaystyle d}$ va tegishli shifrlash ko'rsatkichi ${ displaystyle e}$ va modul ${ displaystyle m}$, texnika quyidagicha qo'llaniladi (soddaligi uchun modulli qisqartirish m formulalarda chiqarib tashlangan): parolini ochishdan oldin, ya'ni natijasini hisoblashdan oldin ${ displaystyle y ^ {d}}$ ma'lum bir shifrlangan matn uchun ${ displaystyle y}$, tizim tasodifiy sonni tanlaydi ${ displaystyle r}$ va uni ommaviy eksponent bilan shifrlaydi ${ displaystyle e}$ olish ${ displaystyle r ^ {e}}$. Keyin, parol hal qilinadi ${ displaystyle y cdot r ^ {e}}$ olish ${ displaystyle {(y cdot r ^ {e})} ^ {d} = y ^ {d} cdot r ^ {e cdot d} = y ^ {d} cdot r}$. Parolni ochish tizimi tanlaganligi sababli ${ displaystyle r}$, u teskari modulini hisoblashi mumkin ${ displaystyle m}$ faktorni bekor qilish ${ displaystyle r}$ natijada va oling ${ displaystyle y ^ {d}}$, parolni hal qilishning haqiqiy natijasi. Ma'lumotlar bilan ishlashda yon kanal ma'lumotlarini to'plashni talab qiladigan hujumlar uchun tajovuzkor tomonidan boshqariladi, ko'r qilish samarali qarshi choradir, chunki haqiqiy operatsiya ma'lumotlarning tasodifiy versiyasida amalga oshiriladi, chunki tajovuzkor uni boshqarolmaydi va hatto bilmaydi.

Umumiy qarshi choralar (bu barcha yon kanal hujumlariga qarshi samarali ekanligi) maskalanuvchi qarshi chora hisoblanadi. Maskalash printsipi har qanday sezgir qiymatni manipulyatsiya qilishdan qochishdir ${ displaystyle y}$ to'g'ridan-to'g'ri, aksincha uni almashishni manipulyatsiya qiling: o'zgaruvchilar to'plami ("aktsiyalar" deb nomlanadi) ${ displaystyle y_ {1}, ..., y_ {d}}$ shu kabi ${ displaystyle y = y_ {1} oplus ... oplus y_ {d}}$ (qayerda ${ displaystyle oplus}$ bo'ladi XOR operatsiya). Hujum qiluvchi har qanday mazmunli ma'lumotlarni olish uchun aktsiyalarning barcha qiymatlarini tiklashi kerak.^[21]

Yaqinda, oq qutilarni modellashtirish past darajadagi umumiy elektron darajadagi qarshi choralarni ishlab chiqish uchun ishlatilgan ^[22] ikkala EMga qarshi, shuningdek quvvatni yon kanal hujumlariga qarshi. Keyinchalik samarali antennalar vazifasini bajaradigan ICda yuqori darajadagi metall qatlamlarning ta'sirini kamaytirish ^[23], bu fikr kripto yadrosini imzoni o'chirish davri bilan joylashtirishdir ^[24], ^[25] Mahalliy ravishda pastki darajadagi metall qatlamlar bo'ylab yo'naltirilib, kuchga va EM yon kanal hujumiga qarshi immunitetga olib keladi.

Shuningdek qarang

• Qo'pol hujum
• Kompyuter nazorati
• Yashirin kanal
• Yon ta'siri

Adabiyotlar

Qo'shimcha o'qish

Kitoblar

• Ambrose, Yahud va boshqalar. (2010). Quvvatni tahlil qilish yon kanal hujumlari: protsessor dizayni darajasidagi kontekst. VDM Verlag. ISBN  9783836485081.CS1 maint: mualliflar parametridan foydalanadi (havola)

Maqolalar

• [1], Differentsial quvvat tahlili, P. Kocher, J. Jaffe, B. Jun, CRYPTO'99 da paydo bo'lgan.
• Yon kanal hujumi: mashinani o'rganishga asoslangan yondashuv, 2011 yil, L Lerman, G Bontempi, ey Markovich.
• [2], Diffie-Hellman, RSA, DSS va boshqa tizimlarni amalga oshirishga qarshi hujumlar, P. Kocher.
• [3], Differentsial quvvat tahlili va shunga o'xshash hujumlarga kirish, 1998, P Kocher, J Jaffe, B Jun.
• Nist.gov, AES nomzodlarini Smart Cards-da baholash to'g'risida ogohlantiruvchi eslatma, 1999, S Chari, C Jutla, J R Rao, P Rohatgi
• DES va Differentsial Power Analysis, L Goubin and J Patarin, in Processes in CHES'99, Notes Notes in Computer Science Nr 1717, Springer-Verlag
• Grabher, Filipp va boshq. (2007). "Kam quvvatli kesh xotirasidan kriptografik yon kanallar". Galbraithda Stiven D. (tahrir). Kriptografiya va kodlash: 11-IMA xalqaro konferentsiyasi, Cirentsester, Buyuk Britaniya, 2007 yil 18-20 dekabr: ishlar, 11-jild. Springer. ISBN  9783540772712.CS1 maint: mualliflar parametridan foydalanadi (havola)
• Kamol, Abdel Alim; Youssef, Amr M. (2012). "NTRUSign raqamli imzo sxemasining xato tahlili". Kriptografiya va aloqa. 4 (2): 131–144. doi:10.1007 / s12095-011-0061-3. S2CID  2901175.
• Daniel Genkin; Adi Shamir; Eran Tromer (2013 yil 18-dekabr). "Past o'tkazuvchanlikdagi akustik kriptanaliz orqali RSA kalitini chiqarish". Tel-Aviv universiteti. Olingan 15 oktyabr, 2014.

Tashqi havolalar

• Sima, Mixay; Brisson, André (2015), Whitenoise-ni shifrlashni amalga oshirish, yon kanal hujumlariga qarshi mustahkamlikni oshiradi
• Brisson, André (2015),Viktoriya universiteti, Britaniya Kolumbiyasi, Whitenoise-ga qarshi kanal hujumiga qarshilik
• Yon kanalning yangi hujum usullari
• COSADE ustaxonasi Konstruktiv yon kanalli tahlil va xavfsiz dizayn bo'yicha xalqaro seminar