TW200830832A - Key protection mechanism - Google Patents

Description

200830832 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於可抵抗差異過失分析或過失插入攻擊以保 護秘密密鑰之完整性的密碼編譯系統。 【先前技術】 使用以秘密密鑰為基礎之演算法時，可能需要一過失插 入保護機制。此一機制係一安全的用以保護秘密密鑰以防 與密鑰操控有關之差異過失分析的方法。差異過失分析係 • 一強制產生瞬變硬體過失及所得計算錯誤（例如在一密鑰 排程演算法或上一加密輪回之執行期間）以便擷取密碼編 譯密鑰資訊之密碼編譯攻擊。此過失分析係可應用於公用 密鑰與秘密密鑰密碼編譯系統兩者，包括智慧卡上之抗篡 改裝置。例如，Eli Biham與 Adi Shamir在「Differential Fault Analysis of Secret Key Cryptosystems」（密碼學進展 • CRYPTO ‘97，LNCS 1294，第 513 至 525 頁（8?14叫6卜 Verlag，1997))中說明似〇£8密碼上之差異過失分析攻擊。 ® 目前可用保護機制係離線實施且並不適於所有應用。例 如，現有機制不會為會話密鑰（其係需要時產生而非提前 ^ 產生）提供保護。

Hagai Bar-El 等人在「The Sorcerer’s Apprentice Guide to Fault Attacks」（2004年6月30日在意大利佛羅倫薩之密 碼學過失偵測與容錯研討會上所發佈之離散技術白皮 書）（密碼學e印歸標（eprint.iacr.org)報告2004/100 ;此外， CiteSeer文章705084)中說明各種在電子密碼編譯電路上實 126307.doc 200830832 〜，亚提出許多對策 施此類過失攻擊 处y彻上 一 3取。钱寺對策在不 -複製相同過失之假設下主要涉及引入冗餘，丨中 算並比較結果。所得系統可能會較慢且較不有效，但：係 讓步為安全成本之部分。 "" 尋求更有效的用於保護秘密密鑰完整性之對策。 【發明内容】 =月係’碼編譯方法，其在於一密碼編譯應用程 式中使用-秘㈣鑰之前驗證該秘密密餘之完整性。特〜 言之，制原始未遮罩密鑰所獲得之—加密結果之_加= 檢查碼係在隨後採用—已遮罩密鑰解密該結果時用作一：

效資料驗證簽章。 W 硬體密碼編譯“中保護秘密密衫整性之方 該硬體密碼編料統會遭受過失攻擊）包含= 錄以自已知資料獲得並保存—加密結果且亦獲得並佯= 加密結果之-加總檢查碼，然後遮罩該秘密密^隨後二 在-密碼編譯應用程式中使用該已遮罩㈣時，首 該密鑰之完整性。衫言之，採用該已遮罩密输解穷％ 保存加密結m較時發現該解密結果不等於有p 料，則該完整性檢查失效，將與該已遮罩密鑰有關之= 資料從該系統消除並用旗標標記一過失插入。 若該解密結果確實等於有效資料，則該已遮罩密鑰之— 整性已得以認證且可用於該密碼編譯系統中。 凡 【實施方式】 本發明之密錄保護方法可於其中運作的—範例性硬體環 126307.doc 200830832 境可包括一硬體亂數產生器（RNG)、一用於安全密鑰儲存 之隨機存取記憶體（RAM)或非揮發性記憶體（例如，快閃 EPROM)、一微處理器或微控制器及某一用以儲存一程式 之記憶體。此外，該硬體可能包括一用於計算以秘密密鑰 為基礎之演算法（DES、AES等）之硬體共處理器。此一共 處理器（若存在的話）將處理一以X0R為基礎密鑰解遮罩機 制·

Real—Key: = Masked—Key XOR Masking—Value，及同樣地

Masked—Key: = Real—Key XOR Masking_Value 〇 因此，不再強制在密鑰之真形式下操控或儲存密鑰，而 可採用其已遮罩形式。此外，該硬體可能包括一用於執行 完整性檢查之硬體循環冗餘檢查（CRC)模組。16位元模組 就足夠了，不過其他CRC大小也適合。 不過，無共處理器且無硬體CRC模組，本發明之密鑰保 護方法也會相當好地工作。 參考圖1，一種依據本發明之密鑰保護方法可方便地藉 由用種子值植入一亂數產生器（RNG)之開始而開始（如步驟 11所示）。不同種子值自亂數產生器產生不同隨機序列。 已植入種子值之亂數產生器將在隨後步驟中用於密鑰遮 罩。因此，亂數產生器之種子值植入（步驟11)可發生在密 鑰遮罩所需要之隨機位元組之產生（步驟16)之前的任何時 間。 程序之第一主要部分（步驟12至15)獲得一加密結果及對 應加總檢查碼，以便在隨後秘密密鑰之完整性檢查中使 126307.doc 200830832 用。 將一欲受保護秘密密鑰以〜 鑰从純文字載入至（步驟12)—密鑰 暫存器中。該讀可視^碼編譯演算法而具有任何合適長 度。再者，可存在多個密輪，例如在三元刪中，其在用' ^加技與解密之連續輪回集中使用兩個或三個獨立密输。 密碼編譯演算法可包括一宓 、 ^在鑰產生常式，在該密鑰產生常

式中使用剛剛載入至寧輪I + π I 戟主山鑰暫存态中之秘密密鑰（或多個秘

岔袷鑰）產生一用於演算法之不同輪回的輪回子密鑰序 列。所有此等變化為本發明之密鑰保護所涵蓋。 接下來使用密碼編譯演算法及該欲受保護密鑰來加密用 於在饴鑰驗證中使用之已知資料（VERIF一data)(步驟 13)。例如，藉由使用一循環冗餘檢查（crc)常式來計算加 密結果之加總檢查碼（步驟14)。例如，藉由儲存於一安全 圯k體中將該加密結果及其對應加總檢查碼保存為一用於 該加雄結果之驗證簽章。然後完全消除密鑰暫存器（步驟 15) 〇 接下來使用先前已植入種子值之亂數產生器產生（步驟 16) 用於一密錄遮罩操作之隨機位元組。使用（例如）密錄位 元與隨機位元組之一或多者的一逐位元X〇R，採用隨機位 元組來遮罩原始秘密密鑰（或多個原始秘密密鑰）（步驟 17) ：

Masked—Key: = Real」Cey XOR Masking-Value 〇 遮罩所需要的隨機位元組之數目將取決於密鑰大小及欲遮 罩密鑰數。使用多個密鑰時，可使用相同或不同隨機位元 126307.doc 200830832 組來遮罩不同密鑰。一旦遮罩，便將已遮罩密鑰（或多個 已遮罩密鑰)儲存於一安全非揮發性記憶體（例如EEPR〇M) 之一規定位置處。 將已遮罩密鑰（或多個已遮罩密鑰）從該規定記憶體位置 載入至（步驟18)—密鑰暫存器（或多個暫存器）中。接著使 用已遮罩密鑰（或多個已遮罩密鑰）來解密先前加密結果（步 驟19)，該解密自原始加密以一相反方向使用相同密碼編 譯演算法。（應注意，在加密期間使用多個密鑰之情況 下，例如在三元DES中，通常必須以相反順序使用該等密 錄以便正確解密）。若考量一加密函式Encrypt (Data，Key， Mask)及一對應解密函式 Decrypt (Data, Key，Mask)，且若 採用 Encrypt (VALID …DATA，Real一Key，0)作為先前加密 結果（步驟19)，則步驟20中之解密應為Decrypt(Encrypt (VALID—DATA，Real—Key，0))，Masked—Key，Masking—Value) =VALID—DATA(若 Real Key=Masked一Key XOR Masking—Value) o 將使用已遮罩密鑰之解密結果與有效資料 (VALID一DATA)作比較（步驟20)。已遮罩密鑰應對應於加 密VALID一DATA時所產生之驗證簽章（加總檢查碼）。若解 密結果不等於VALID一DATA，則已遮罩密鑰未通過完整性 檢查，並用旗標標記一過失插入（步驟21)。不過，若解密 結果等於VALID—D ΑΤΑ ’則已遮罩密錄通過完整性檢查， 且可加以使用。一旦完成完整性檢查，便將用於解密及完 整性檢查之所有硬體暫存器消除（步驟22)。 【圖式簡單說明】 126307.doc -10- 200830832 圖1係依據本發明之一密鑰保護方法之一範例性具體實 施例的流程圖。

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Claims (1)

1. 200830832 十、申請專利範圍： l 一種在硬體密碼編譯系統令保護秘密密鎗完整性 受過失攻擊之方法，該方法包含： 方化 自已知資料及一欲受保護秘密密鑰獲得一加 對應加總檢查碼； 、、D果及 遮罩該秘密密鑰以獲得一已遮罩密鑰； 將該已遮罩密鑰載入至一密餘暫存器中； 在於該硬體密碼編譯系統中使用一已遮罩密餘之前的 任何訏間’ f先藉由採用該已遮罩密鑰解密該加密結果 以獲侍一解密結果並將該解密結果與有效資料作比較來 檢查該已遮罩密鑰之完整性；及 若該解密結果不等於有效資料，則將與該已遮罩密輪 有關之所有資料消除並用旗標標記一過失插入。 2·如請求項丨之方法，其中獲得一加密結果及對應加總檢 查碼包含： 將該欲受保護秘密密鑰以純文字載入至一密鑰暫存器 中； 將已知資料呈現給一加密演算法並使用該秘密密鑰加 密該已知資料以獲得該加密結果； 在該加密結果上執行一加總檢查碼計算以獲得該對應 加總檢查碼；及 將該加检結果及加總檢查碼保存於一安全記憶體中。 3.如請求項2之方法，其中該加總檢查碼計算係一循環冗 餘檢查（CRC)常式。 126307.doc 200830832 4 · 如請求項1之t^ 去，其中遮罩該秘密密鑰包含使用亂數 產生益硬體產生隨嫉^ — 座生奴機位7〇組亚使用一遮罩常式將該等隨 機位元組應用於該秘密密鑰。 5. 如請求項4之方法，彡中該遮罩常式㈣等隨機位元組 與該秘狯猪輪的一逐位元x〇R運算。 6. 如請二項4之方法，其中採用一已知種子值植入該亂數 產生Θ硬體之後產生該等隨機位元組，不同種子值產生 不同隨機位元組序列。 7. -種在硬體密碼編譯系統中保護秘密密鑰完整性以防遭 受過失攻擊之方法，該方法包含： 將一欲受保護秘密密鑰以純文字載入至一密鑰暫存器 中； —將已知貧料呈現給—加密演算法並使用該秘密密錄加 密該已知資料以獲得一加密結果； 在該加密結果上執行一加總檢查碼計算以獲得一對應 加總檢查碼；及 “ 保存該加密結果及加總檢查碼，並將該秘密密鑰從該 密鑰暫存器清除； 、使用亂數產生器硬體產生隨機位元組並使用一遮罩常 式將該專酼機位元組應用於該秘密密錄以獲得一已遮罩 密鑰； ^ 將該已遮罩密鑰載入至一密鑰暫存器中； 採用該已遮罩密鑰解密該已保存加密結果以獲得一解 密結果； 126307.doc 200830832 將該解密結果與有效資料作比較；及 若該解密結果不等於有效資料，則將與該已遮罩密鑰 有關之所有資料消除並用旗標標記一過失插入，不過若 該解岔結果等於有效資料，則認證該已遮罩密鑰之完整 性以便在該密碼編譯系統中使用。 8 · 如請求頊7 3^ 士、〇» u 、 万法，其中該加總檢查碼計算係一循環冗 餘檢查（CRC)常式。 9 ·如請求項7 > 士 與該秘密/二^該料常式係該等隨機位元組 山輸的一逐位元XOR運算。 10·如請求項7 、 、 万法，其中採用一已知種早估括X斗/ 產生器硬騁♦ ^ 禋子值植入該亂數 後產生該等隨機位元組，不η德工处+ 不同隨機你-, 不冋種子值產生 位兀組序列。 土

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