一种侧信道分析评估基准板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种侧信道分析评估基准板。本实用新型专利技术包括：电源模块，以及与所述电源模块电连接的FPGA控制单元，FPGA计算单元，USB芯片单元，通用输入输出接口，存储单元和测量电路；所述FPGA计算单元、所述FPGA控制单元分别与所述USB芯片单元、通用输入输出接口以及一时钟模块连接，所述FPGA计算单元分别与所述通用输入输出接口以及所述存储单元连接，所述FPGA计算单元的测量信号输出端与所述测量电路连接；所述FPGA控制单元与FPGA计算单元连接。该基准板可以实现测量能量值的功能，从而实现侧信道的差分能量分析；具有逻辑容量大，采样快捷，可靠性强等特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种侧信道分析评估基准板SCREEDV2. 0,此基准板是一种基于FPGA硬件平台的开发板。使用该基准板可以对任意算法进行差分能量分析（DPA)，电磁能 量分析（EM)，错误注入攻击（FA)等，同时也可以利用此基准板进行算法的FPGA实现。本 技术评估板为侧信道分析提供了实现以及测量平台，属于信息安全

技术介绍
自20世纪中期以来，侧信道分析在密码学界引起了相当大的重视。与传统的密码 分析通常将算法及其实现视为黑盒子，仅利用算法的输入、输出（即明文/密文）实施密钥 破解相比不同的是，侧信道分析利用了密码实现执行密码操作的侧信息（如执行时间、能 量消耗、电磁辐射等）泄露，以及密码实现所执行的操作以及所处理的数据之间的相关性。 侧信道攻击指"攻击者通过算法执行过程中产生的额外信息泄露对算法实现进行破解的攻 击方式"。由于侧信道分析是利用执行密码实现的物理设备上所泄露的信息而非密码方案 固有的缺陷以达到恢复秘密信息的目的，因而从侧信道分析这个领域看来，在理论上被证 明安全的密码方案仍然有可能是不安全的。学术界和产业界的相关研宄和观察表明，与传 统的黑盒子模型相比，侧信息泄露模型能够更好地刻画密码设备的实际场景，因而对密码 实现的安全造成了更加现实和严重的威胁。自提出到现在，侧信道分析已经成为对密码设备安全性评估的一个不可回避的问 题。 为了采集侧信息中的动态能量消耗，研发了SCREEDV2. 0基准板，使用该基准板可 以采集任意FPGA实现的算法的能量泄露，从而为侧信道分析提供足够的实验数据，为了算 法的安全性分析提供依据。 【
技术实现思路
】针对现有技术中存在的技术问题，本技术的目的是提供一种侧信道分析评估 基准板，为准确测量FPGA芯片在执行算法过程中的侧信息提供了测量平台。使用该基准 板可以实现测量能量值（即基准板中计算单元的电压值）的功能，从而实现侧信道的差分 能量分析；基准板在工作过程中，会泄露电磁信息，可以实现侧信道的电磁分析；在工作过 程中，进行错误注入（如激光，电磁，温度等，使得内部运算信息改变，从而改变输出的密文 值），可以实现侧信道的错误注入分析。SCREED基准板是一种用来进行侧信道分析的开发 板。现对本技术的各个功能模块的技术设计进行说明。本技术的技术方案为：-种侧信道分析评估基准板，其特征在于，包括：电源模块，以及与所述电源模块 电连接的FPGA控制单元，FPGA计算单元，USB芯片单元，通用输入输出接口，存储单元和测 量电路；所述FPGA计算单元、所述FPGA控制单元分别与所述USB芯片单元、通用输入输出 接口以及一时钟模块连接，所述FPGA计算单元分别与所述通用输入输出接口以及所述存 储单元连接，所述FPGA计算单元的测量信号输出端与所述测量电路连接；所述FPGA控制单 元与FPGA计算单元连接。 进一步的，包括一存放所述FPGA控制单元的固化程序的串行闪存模块，其与所述 FPGA控制单元连接。 进一步的，包括一存放所述FPGA计算单元的固化程序的串行闪存模块，其与所述 FPGA计算单元连接。 进一步的，所述存储单元为同步动态随机存储器，其分别与一系统时钟模块、一参 考时钟模块连接。 进一步的，所述存储单元为DDR3芯片。 进一步的，所述时钟t吴块为有源贴片晶振。 进一步的，包括一USB接口，其一端与所述USB芯片单元连接，另一端用于连接PC。 进一步的，包括一用于为所述FPGA控制单元接入外部参考时钟的SM接口，一用 于为所述FPGA接入外部参考时钟的SM接口。 本技术设备可以支持多种算法的FPGA实现（小于325万逻辑门）。 一、侧信道数据分析基准评估板概述：SCREEDV2. 0搭载两颗Xilinx公司生产的FPGA芯片，一颗FPGA芯片用于控制管 理，一颗FPGA用于算法实现。SCREEDV2.0还包含一个USB2.0接口，用于与PC机进行通 信，一片DDR3芯片，用于存储运算数据结果。 具体规格如下： 1?硬件电路板尺寸为16(tomX13(tomX2. 0謹，包含10层PCB板。 2. 2 颗XiIinx的FPGA芯片，FPGA计算单元（XC7K325T-2FFG900C，简称K7)和FPGA 控制单元（XC5VLX50-1FFG676C，简称V5)。 3. 1颗2Gb镁光MT41J128M16DDR3SDRAM芯片，为计算FPGA提供高速内存。 4.板载电源稳压器，可以接收USB供电或者外部直流5V电源供电。 5.PC机通过USB接口与SCREEDV2.0连接，完成数据传送和配置功能。SCREEDV2.0的硬件模块围绕FPGA控制单元（U6)和FPGA计算单元（U5)设计了 周围模块主要包括电源模块、时钟模块、USB接口模块、DDR3SDRAM模块、SPI-FLASH模块、 加载电路模块设计以及功耗采集测量电路模块等。 1)电源模块SCREEDV2. 0电源输入为5V/6A的直流电源，可供选择的供电方式有两种，包括 USB供电和外部直流电源供电。SCREEDV2. 0正常电压有3. 3V、2. 5V、1.8V、1.5V、1.2V、 V5_l. 0V、K7_l.OVO工作电压，并要求这些电压稳定，波动范围小于3%。 每个电源配置有电源稳定输出指示灯，每个电源正常输出时，对应电源指示灯点 亮，各电源指示灯对应位号如表1所示。 表1电源指示灯 SCREEDV2.0的功能模块使用的电压种类较多，各个电压供电说明如表2所示。表 2中说明了各个电源模块与各部分的连接关系，即供给SCREED各个部分不同的电压值来保 证整个芯片的正常工作。 表2电压使用说明 2)时钟模块 FPGA控制单元和FPGA计算单元分别配有一个20MHz的有源贴片晶振。其中，20MHz 有源晶振（U28)为FPGA控制单元（U6)提供20M时钟输入；20MHz有源晶振（U29)为FPGA 计算单元（U5)提供20M时钟输入。FPGA的时钟可以任意选择，在基准板设计中选择20MHz 的原因为基准板设计的重点是对FPGA实现的侧信息分析，在高频下，对FPGA的设计有很多 要求，因此选择低频的20MHz，对于绝大多数设计都可以使用20MHz的时钟。当需要高频的 时钟信号时，SCREEDV2. 0有2个SMA接头分别作为FPGA控制单元（U6)和FPGA计算单元 (U5)的外部参考时钟输入，与外部晶振单元相连，作为高速数据传输和专用时钟输入通道 此处设计可以使得FPGA选择任意频率的外部时钟，增加了设计的灵活性。200MHz有源晶 振（U30和U33)为同步动态随机存储器（SDRAM)提供200M的参考有源时钟，其中U33作 为SDRAM的系统时钟，U30作为参考时钟。此时钟的选择是由SDRAM来决定的。 3)USB芯片单元USB是英文UniversalSerialBus(通用串行总线）的缩写，是一个外部总线标 准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB是应用在PC领域的接口技术，它支持设备 的即插即用和热插拔功能。USB系统用主控制器管理主机与USB设备间的数据传输。它与 主控制器间的接口依赖于主控制器的硬件定义。SCREEDV2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侧信道分析评估基准板，其特征在于，包括：电源模块，以及与所述电源模块电连接的FPGA控制单元，FPGA计算单元，USB芯片单元，通用输入输出接口，存储单元和测量电路；所述FPGA计算单元、所述FPGA控制单元分别与所述USB芯片单元、通用输入输出接口以及一时钟模块连接，所述FPGA计算单元分别与所述通用输入输出接口以及所述存储单元连接，所述FPGA计算单元的测量信号输出端与所述测量电路连接；所述FPGA控制单元与FPGA计算单元连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周永彬，高旭，张倩，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11