CN107872317A - 一种用于aes密钥扩展的随机掩码方法及其装置 - Google Patents

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孙磊
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Abstract

本发明提供一种用于AES密钥扩展的随机掩码方法及其装置，所采用的随机掩码技术，在不增加随机数长度的情况下，通过两轮异或运算后，进行左移或者右移的线性变换，使得密钥在每轮运算过程中均被不同的随机数掩码，有效降低了侧信道泄露的风险。硬件实现时，在不增加资源的情况下，提高了算法的安全性。

Description

一种用于AES密钥扩展的随机掩码方法及其装置
技术领域
本发明涉及集成电路安全保护技术领域， 尤其涉及一种用于AES密钥扩展的随机掩码方法及其装置。
背景技术
随机掩码的防护方法是对抗侧信道分析的主要方式。随机掩码依赖于掩码算法本身和随机数的随机性。一般来说，用于掩码随机数变化越大，随机性越好，则掩码的效果越好。就AES算法来说，AES算法中最为常见的分组加密算法，其最好的加密方式是每一轮密钥扩展时，均使用不同的随机掩码。但在真正实现时，这种需求会要求输入至少1280比特的随机数，需要大量资源和时间来完成，这在硬件实现和芯片实现中，都是不可取的。而在安全领域中，攻击者最渴望获得的就是获得用于加密安全算法的密钥，攻击者可以通过侧信道分析的方式，在不破坏芯片或安全产品本身的情况下获得芯片的密钥，因此AES算法实现中，密钥扩展是密钥运算最多的部分，也是AES算法实现中最需要保护的部分。
如图1所示，为现有的AES密钥扩展示意图。由上一轮加密密钥[W0,W1,W2,W3]，经过g变换和异或变换得到下一轮加密密钥[W’0,W’1,W’2,W’3]，其中g变换为一组包含sbox的非线性变换。现有AES密钥扩展的实现技术中，对密钥掩码实现方案较少，若没有掩码，直接利用密钥计算，有侧信道泄露风险，在电路上造成有密钥明文出现。而采用与数据加密加密相同的掩码技术，采用128位每轮相同的掩码，由于秘钥扩展中，只有32位秘钥进行了S盒操作，其余均为线性运算，128位每轮相同的掩码同样会有侧信道泄露的风险。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种用于AES密钥扩展的随机掩码方法和装置，所采用的随机掩码技术，在不增加掩码位数的情况下，每轮所使用的掩码不同，有效降低了侧信道泄露的风险。
为了达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于AES密钥扩展的随机掩码方法，所述方法的具体步骤为：
步骤1：首先，密钥和128比特随机掩码的进行第一轮异或，得到中间数据；
步骤2：然后，利用第一轮异或后得到的中间数据，进行循环左移或右移的线性变换，取得下一轮密钥和相应的128比特随机掩码；
步骤3：最后，利用下一轮密钥和相应的128比特随机掩码进行第二轮异或，得到中间数据；
步骤4：重复上述步骤，进行下个循环加密。
一种用于AES密钥扩展的随机掩码装置，所述装置执行如权利要求1所述的所有步骤。
本发明由于采用了上述固定数量128比特的随机掩码，并在两轮异或运算后，进行左移或者右移的线性变换，所获得的有益效果是，AES密钥扩展过程中，不增加随机掩码长度的情况下，使得密钥在每轮运算过程中均被不同的随机数掩码。硬件实现时，在不增加资源的情况下，提高了算法的安全性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是现有的AES密钥扩展示意图。
图2是本发明具体实施的AES密钥扩展示意图。
具体实施方式
如图2所示，为本发明具体实施的AES密钥扩展示意图。其中，第i轮的密钥为密钥[W0,W1,W2,W3]，随机掩码为[M0,M1,M2,M3]，为了保证密钥扩展算法全过程中，密钥明文不出现，其在电路上表现出来的值为[W0^ M0,W1^ M1,W2^ M2,W3^ M3]。
首先，讨论密钥W1，W2，W3的变换方式。Wp^Mp(p=1，2，3)首先异或掩码M10，得到中间数据WMp0，W’q(q=0,1,2)是生成的第i+1轮的密钥，其掩码值为Mq，W’q^Mq 首先异或M11后得到中间数据WMq0，WMp0^WMq0后得到带有掩码的下一轮密钥W’q^Mq，其中M10 = M’0^M’1，M11=M1。同理可知M20 = M’1^ M’2，M11=M2；M30 = M’2^ M’3，M11=M3。
再讨论密钥W0的变换方式。M00 = M0^M’0 g函数的输入为W3^M3，g函数的输出为g（W3）。[M’0,M’1,M’2,M’3]由[M0,M1,M2,M3]循环左移1个byte得到。随机掩码[M0,M1,M2,M3]的生成方式是循环一位即可，即可左移也可以右移，另外移多少位也可以随意定制。
如图2所示，[M’0,M’1,M’2,M’3]和[M0,M1,M2,M3]完全没有关系也可以实现。通过这样的随机掩码方案，在保证密钥全程被掩码且不增加随机掩码的情况下，更换了密钥的掩码值。
以上已针对实施例来说明本发明，针对该发明思路的其他拓展，例如，随机掩码的生成方式是循环一位即可，即可左移，也可以右移，另外移多少位也可以随意定制等，故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求书的范围内。

Claims (2)

1.一种用于AES密钥扩展的随机掩码方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：
步骤1：首先，密钥和128比特随机掩码的进行第一轮异或，得到中间数据；
步骤2：然后，利用第一轮异或后得到的中间数据，进行循环左移或右移的线性变换，取得下一轮密钥和相应的128比特随机掩码；
步骤3：最后，利用下一轮密钥和相应的128比特随机掩码进行第二轮异或，得到中间数据；
步骤4：重复上述步骤，进行下个循环加密。
2.一种用于AES密钥扩展的随机掩码装置，其特征在于，所述装置执行如权利要求1所述的所有步骤。
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