專利名稱：密碼保護方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)，尤其是涉及一種密碼保護方法和系統(tǒng)。背景技術(shù)：
移動通信設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，安全問題也日益突出。在眾多種攻擊方 法中，利用密碼設(shè)備所泄漏的一些側(cè)信道信息來攻破這些密碼系統(tǒng)是最有威脅 的攻擊。功率消耗對于密碼設(shè)備是一種重要的側(cè)信道信息，因為密碼設(shè)備執(zhí)行
的計算最終都?xì)w結(jié)到了對邏輯狀態(tài)0和1的操作，而當(dāng)前技術(shù)的制約導(dǎo)致當(dāng)處 理邏輯0和邏輯1時會有不同的功率消耗，攻擊者能夠監(jiān)測這種功耗的差異并 獲得有用的側(cè)信道信息。主要有簡單功耗分析(Simple Power Analysis, SPA) 與差分功耗分析(Differential Power Analysis, DPA),它們的基本思想是功耗與 密鑰操作數(shù)有相關(guān)性。SPA從少量功耗曲線，直接觀察分析出關(guān)鍵數(shù)據(jù)，需要 熟悉設(shè)備的算法實現(xiàn)。DPA利用數(shù)理統(tǒng)計的方法將需要的某種功耗差異放大， 分析出密鑰，是比SPA更強的攻擊手段。對抗DPA的技術(shù)主要有算法及其硬件 實現(xiàn)中的加罩技術(shù)MASK、時鐘擾亂技術(shù)、基于雙軌互補CMOS的功耗平衡技 術(shù)等。
因為流密碼A5/1產(chǎn)生的隨機加密密鑰流是不重復(fù)且不可預(yù)測的，所以流密 碼A5/1是很難利用傳統(tǒng)的基于處理邏輯0和1時會有不同的功率消耗來DPA 攻擊。對于A5/1的每次鐘控，A5/1在并行執(zhí)行3個線性反饋移位寄存器(Linear Feedback Shifting Register, LFSR)時的功摔毛大于并行4丸行2個LFSR時的功尋毛， 于是有人提出針對A5/1中用于產(chǎn)生隨機數(shù)的LFSR的攻擊，這樣便建立了功耗 與密鑰操作數(shù)的相關(guān)性，基于這一物理原理進(jìn)行DPA攻擊。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要針對流密碼容易被依據(jù)功耗的差異攻擊的問題，提供一種密碼保護方法。
此外，還提供了一種密碼保護系統(tǒng)。
一種密碼保護方法，包括如下步驟檢測密鑰產(chǎn)生模塊的功耗；計算需要 補償?shù)墓?；控制功耗補償模塊以需要補償?shù)墓墓ぷ鳌?br> 在優(yōu)選的實施例中，所述檢測密鑰產(chǎn)生模塊的功耗的方式為檢測密鑰產(chǎn)生 模塊的鐘控位并確定密鑰產(chǎn)生模塊的功耗。
在優(yōu)選的實施例中，所述計算需要補償?shù)墓牡牟襟E包括讀取總的功耗； 將總的功耗與密鑰產(chǎn)生模塊的功耗的差值作為需要補償?shù)墓摹?br> 在優(yōu)選的實施例中，所述控制功耗補償模塊以需要補償?shù)墓墓ぷ鞯牟襟E 包括根據(jù)所述需要補償?shù)墓拇_定需要工作的線性反饋移位寄存器的數(shù)量； 控制相應(yīng)數(shù)量的線性反饋移位寄存器工作。
一種密碼保護系統(tǒng)，包括密鑰產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生密鑰，所述密碼保護系 統(tǒng)還包括控制模塊和功耗補償模塊，所述控制模塊用于檢測密鑰產(chǎn)生模塊的功 耗、計算需要補償?shù)墓牟⒖刂扑龉难a償模塊以需要補償?shù)墓墓ぷ鳌?br> 在優(yōu)選的實施例中，所述密鑰產(chǎn)生模塊包括兩個以上線性反饋移位寄存器， 所述控制模塊檢測工作的線性反饋移位寄存器的數(shù)量，將工作的線性反饋移位 寄存器的數(shù)量作為密鑰產(chǎn)生模塊的功耗。
在優(yōu)選的實施例中，所述功耗補償模塊包括至少一個線性反饋移位寄存器， 所述控制模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的線性反饋移位寄存器工作總數(shù)及密鑰產(chǎn)生模塊中工作 的線性反饋移位寄存器的數(shù)量確定所述功耗補償模塊中線性反饋移位寄存器工 作的數(shù)量。
在優(yōu)選的實施例中，所述功耗補償模塊中的線性反饋移位寄存器采用隨機 初始4匕。
在優(yōu)選的實施例中，在工作過程中所述功耗補償模塊中的線性反饋移位寄 存器同步于所述密鑰產(chǎn)生模塊中的線性反饋移位寄存器進(jìn)行鐘控操作。
在優(yōu)選的實施例中，所述密碼保護系統(tǒng)采用A5/1流密碼運算方法，所述密 鑰產(chǎn)生模塊包括三個線性反饋移位寄存器，所述功耗補償模塊包括三個線性反 饋移位寄存器，所述控制模塊用于在所述密鑰產(chǎn)生模塊中的兩個線性反饋移位寄存器工作時，控制所述功耗補償模塊中的三個線性反饋移位寄存器同步工作； 在所述密鑰產(chǎn)生模塊中的三個線性反饋移位寄存器工作時，控制所述功耗補償 模塊中的兩個線性反饋移位寄存器同步工作。
上述密碼保護方法和系統(tǒng)中，通過功耗補償模塊補償功耗，使得總體功耗 不會發(fā)生變化，也就無法依據(jù)功耗的差異進(jìn)行攻擊。


圖1為密碼保護系統(tǒng)的模塊圖2為適用于A5/1的算法中的密碼保護系統(tǒng)的示意圖； 圖3為密碼保護方法的流程圖。
具體實施方式
在以下密碼保護方法和系統(tǒng)中，通過設(shè)置功耗補償模塊，在密鑰產(chǎn)生模塊 工作時，根據(jù)密鑰產(chǎn)生模塊功耗的變化，功耗補償模塊產(chǎn)生相應(yīng)的補償功率， 使得整體的功耗保持不變，從而無法依據(jù)功耗的差異進(jìn)行攻擊。
如圖1所示，密碼保護系統(tǒng)100包括密鑰產(chǎn)生模塊110、控制模塊120和功 耗補償模塊130。
密鑰產(chǎn)生模塊110用于產(chǎn)生密鑰。例如，密鑰產(chǎn)生模塊110將接收的數(shù)據(jù)與 密鑰產(chǎn)生模塊110中的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行異或運算獲得密鑰。密鑰產(chǎn)生模塊110在 工作過程中，內(nèi)部工作的元件數(shù)量時多時少，將導(dǎo)致密鑰產(chǎn)生模塊110的功耗 發(fā)生變化。
控制模塊120用于檢測密鑰產(chǎn)生模塊110的功耗、計算需要補償?shù)墓牟⒖?制功耗補償模塊130以需要補償?shù)墓墓ぷ?，從而使得密碼保護系統(tǒng)100的總 體功耗不會發(fā)生變化，也就無法依據(jù)功耗的差異進(jìn)行攻擊。
以下以A5/1流密碼運算方法為例進(jìn)行更詳細(xì)的說明。如圖2所示，密鑰產(chǎn) 生模塊110包括三個線性反饋移位寄存器(Linear Feedback Shifting Register, LFSR) 111、 112、 113。功耗補償模塊130包括三個線性反饋移位寄存器131、 132、 133。線性反饋移位寄存器111、 112、 113的結(jié)構(gòu)與線性反饋移位寄存器131、 132、 133的結(jié)構(gòu)相同。功耗補償模塊130的線性反饋移位寄存器131、 132、 133沒有輸出比特流，沒有鐘控位(clocking bit),由控制模塊120來驅(qū)動。當(dāng) 然也可以設(shè)置輸出比特流和鐘控位，但是輸出比特流不用來加密通信數(shù)據(jù)。控 制模塊120同步控制密鑰產(chǎn)生模塊110的線性反饋移位寄存器和功耗補償模塊 130的線性反饋移位寄存器。密鑰產(chǎn)生模塊110產(chǎn)生的密文數(shù)據(jù)幀是由固定密鑰 和已知數(shù)據(jù)幀(即再同步初始化值)通過A5/1加密所得。 密碼保護系統(tǒng)100的工作過程如下
(1) 初始化密鑰產(chǎn)生模塊110的三個線性反饋移位寄存器111、 112、 113 都設(shè)置為零，功耗補償才莫塊130的三個線性反饋移位寄存器131、 132、 133都 設(shè)置為隨機數(shù)值。也就是說，功耗補償模塊130中的線性反饋移位寄存器采用 隨機初始化。
(2) t-0…63 (鐘控)從t-0開始，密鑰產(chǎn)生模塊110的三個線性反饋 移位寄存器lll、 112、 113鐘控64次，每次鐘控，密鑰的一個比特分別與密鑰 產(chǎn)生模塊110的三個線性反饋移位寄存器111、 112、 113最低位異或。
(3) t = 64.,.85 (鐘控)接著密鑰產(chǎn)生模塊110的三個線性反饋移位寄存 器lll、 112、 113鐘控22次，每次鐘控，已知初始化數(shù)據(jù)幀的一個比特分別與 密鑰產(chǎn)生模塊110的三個線性反饋移位寄存器111、 112、 113最低位異或。
(4) t = 86...413 (鐘控)從現(xiàn)在開始，密鑰產(chǎn)生模塊110的線性反饋移位 寄存器將執(zhí)行多數(shù)原則的鐘控模式。在密鑰產(chǎn)生模塊110的三個線性反饋移位 寄存器111、 112、 113中依次選取第8位、第IO位和第IO位作為鐘控位，當(dāng)鐘 控位全部相同時，在該周期內(nèi)所有的線性反饋移位寄存器都工作；當(dāng)鐘控位不 全部相同時，在該周期內(nèi)鐘控位相同數(shù)量多的線性反饋移位寄存器工作，由于 是三個線性反饋移位寄存器，至少有兩個線性反饋移位寄存器的鐘控位相同(都 為O或者l,另一個則為1或者0),也就是說，此時兩個鐘控位相同的線性反 饋移位寄存器工作。在t:86…413的過程中，密鑰產(chǎn)生模塊110的線性反饋移 位寄存器便產(chǎn)生出328位比特輸出流，把前100比特丟棄，剩下的228比特用 于加密移動通信通話。在密鑰產(chǎn)生模塊110工作的過程中，控制模塊120在密 鑰產(chǎn)生模塊110中的兩個線性反饋移位寄存器工作時，控制功耗補償模塊130中的三個線性反饋移位寄存器同步工作；在密鑰產(chǎn)生才莫塊110中的三個線性反 饋移位寄存器工作時，控制功耗補償模塊130中的兩個線性反饋移位寄存器同 步工作。從而密碼保護系統(tǒng)100中同時工作的線性反饋移位寄存器的數(shù)量為五 個，總體功耗不會發(fā)生變化，也就無法依據(jù)功耗的差異進(jìn)行攻擊。
在上述實施方式中，密鑰產(chǎn)生模塊110和功耗補償模塊130中的線性反饋移 位寄存器都為三個，在其他的實施方式中，密鑰產(chǎn)生模塊110中的線性反饋移 位寄存器可以是兩個、四個、五個等。而功耗補償模塊130需包括至少一個線 性反饋移位寄存器，控制模塊120根據(jù)預(yù)設(shè)的線性反饋移位寄存器工作總數(shù)及 密鑰產(chǎn)生模塊110中工作的線性反饋移位寄存器的數(shù)量確定功耗補償模塊130 中線性反饋移位寄存器工作的數(shù)量。例如，例如，在A5/1的流密碼運算方法中， 可以在功耗補償模塊130中只設(shè)置一個線性反饋移位寄存器，使預(yù)設(shè)的線性反 饋移位寄存器工作總數(shù)為3，在密鑰產(chǎn)生模塊110工作的過程中，控制模塊120 在密鑰產(chǎn)生模塊中110的兩個線性反饋移位寄存器工作時，控制功耗補償模塊 130中的一個線性反饋移位寄存器同步工作；在密鑰產(chǎn)生模塊110中的三個線性 反饋移位寄存器工作時，控制功耗補償模塊130中的線性反饋移位寄存器不工 作。
上述過程可以歸納為如圖3所示的密石馬〗呆護方法
步驟S302，檢測密鑰產(chǎn)生模塊的功耗。例如，通過檢測密鑰產(chǎn)生模塊110 的鐘控位并確定密鑰產(chǎn)生模塊110的功耗，將工作的線性反饋移位寄存器的數(shù) 量作為密鑰產(chǎn)生模塊的功耗。
步驟S304,計算需要補償?shù)墓摹＠?，通過讀取總的功耗(總的功耗可 以用工作的線性反饋移位寄存器的數(shù)量來表示)，將總的功耗與密鑰產(chǎn)生模塊
110的功耗的差值作為需要補償?shù)墓摹?br> 步驟S306，控制功耗補償模塊以需要補償?shù)墓墓ぷ?。例如，根?jù)需要補 償?shù)墓拇_定需要工作的線性反饋移位寄存器的數(shù)量，然后控制相應(yīng)數(shù)量的線 性反饋移位寄存器工作。
以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和 改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附 權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種密碼保護方法，其特征在于，包括如下步驟檢測密鑰產(chǎn)生模塊的功耗；計算需要補償?shù)墓模豢刂乒难a償模塊以需要補償?shù)墓墓ぷ鳌?br> 2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的密碼保護方法，其特征在于，所述^r測密鑰產(chǎn)生 模塊的功耗的方式為檢測密鑰產(chǎn)生模塊的鐘控位并確定密鑰產(chǎn)生模塊的功耗。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的密碼保護方法，其特征在于，所述計算需要補償 的功耗的步驟包括讀取總的功耗；將總的功耗與密鑰產(chǎn)生模塊的功耗的差值 作為需要補償?shù)墓摹?br> 4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的密碼保護方法，其特征在于，所述控制功耗補償 模塊以需要補償?shù)墓墓ぷ鞯牟襟E包括根據(jù)所述需要補償?shù)墓拇_定需要工 作的線性反饋移位寄存器的數(shù)量；控制相應(yīng)數(shù)量的線性反饋移位寄存器工作。
5、 一種密碼保護系統(tǒng)，包括密鑰產(chǎn)生才莫塊，用于產(chǎn)生密鑰，其特征在于， 所述密碼保護系統(tǒng)還包括控制模塊和功耗補償模塊，所述控制模塊用于檢測密 鑰產(chǎn)生模塊的功耗、計算需要補償?shù)墓牟⒖刂扑龉难a償模塊以需要補償 的功耗工作。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的密碼保護系統(tǒng)，其特征在于，所述密鑰產(chǎn)生模塊 包括兩個以上線性反饋移位寄存器，所述控制模塊檢測工作的線性反饋移位寄 存器的數(shù)量，將工作的線性反饋移位寄存器的數(shù)量作為密鑰產(chǎn)生模塊的功耗。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的密碼保護系統(tǒng)，其特征在于，所述功耗補償模塊 包括至少一個線性反饋移位寄存器，所述控制模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的線性反饋移位寄 存器工作總數(shù)及密鑰產(chǎn)生模塊中工作的線性反饋移位寄存器的數(shù)量確定所述功 耗補償模塊中線性反饋移位寄存器工作的數(shù)量。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的密碼保護系統(tǒng)，其特征在于，所述功耗補償^莫塊 中的線性反饋移位寄存器采用隨機初始化。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的密碼保護系統(tǒng)，其特征在于，在工作過程中所述 功耗補償模塊中的線性反饋移位寄存器同步于所述密鑰產(chǎn)生模塊中的線性反饋 移位寄存器進(jìn)行鐘控操作。
10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的密碼保護系統(tǒng)，其特征在于，所述密碼保護系統(tǒng)采用A5/1流密碼運算方法，所述密鑰產(chǎn)生模塊包括三個線性反饋移位寄存器，所述功耗補償;漢塊包括三個線性反饋移位寄存器，所述控制^t塊用于在所述密鑰產(chǎn)生模塊中的兩個線性反饋移位寄存器工作時，控制所述功耗補償模塊中的三個線性反饋移位寄存器同步工作；在所述密鑰產(chǎn)生才莫塊中的三個線性反饋移位寄存器工作時，控制所述功耗補償模塊中的兩個線性反饋移位寄存器同步工作。
全文摘要
一種密碼保護系統(tǒng)，包括密鑰產(chǎn)生模塊，用于產(chǎn)生密鑰。所述密碼保護系統(tǒng)還包括控制模塊和功耗補償模塊，所述控制模塊用于檢測密鑰產(chǎn)生模塊的功耗、計算需要補償?shù)墓牟⒖刂扑龉难a償模塊以需要補償?shù)墓墓ぷ?。上述密碼保護系統(tǒng)中，通過功耗補償模塊補償功耗，使得總體功耗不會發(fā)生變化，也就無法依據(jù)功耗的差異進(jìn)行攻擊。此外，還提供了一種密碼保護方法。
文檔編號H04L9/06GK101488846SQ20091010555
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者于峰崎, 李慧云, 鄔可可 申請人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院