Seitenkanalanalyse des Stromverbrauchs: SPA und DPA
Erfassen Sie Stromverbrauchsspuren und führen Sie einfache sowie differentielle Power-Analysen durch.
Seitenkanalanalyse des Stromverbrauchs: SPA und DPA ist eine kostenlose Cryptology Academy-Lektion auf CoddyKit. Dies ist Lektion 2 von 4. Du kannst die komplette Lektion unten kostenlos lesen – dann übst du sie direkt im Browser mit einem integrierten Code-Editor und einem KI-Tutor rund um die Uhr. Sie ist Teil des Cryptology Academy-Lernpfads, und dein Fortschritt wird über Web und CoddyKit-App synchronisiert. Der Cryptology Academy-Kurs umfasst insgesamt 4 Lektionen.
Was ist Power Analysis?
Power Analysis misst die momentane elektrische Leistungsaufnahme eines Geräts während kryptografischer Operationen. Die Leistungsaufnahme hängt von den verarbeiteten Daten ab und kann dadurch geheime Schlüsselbits preisgeben.
Einfache Power Analysis (SPA)
Bei SPA wird ein einzelner Power-Trace visuell untersucht. Die Square-and-Multiply-Exponentiation gibt den Exponenten preis: Ein Multiply-Schritt weist ein anderes Leistungsprofil auf als ein reiner Square-Schritt.
Differentielle Power Analysis (DPA)
DPA verwendet statistische Analysen über viele Traces hinweg. Der Angreifer legt eine Hypothese für ein einzelnes Schlüsselbit fest, teilt die Traces nach dem vorhergesagten Zwischenwert auf und sucht nach einem Korrelationspeak.
Das Hamming-Gewichtsmodell
Eine zentrale Annahme lautet: Der Stromverbrauch ist proportional zur Anzahl der 1-Bits (dem Hamming-Gewicht) des verarbeiteten Werts. Das gilt bei niedrigen Frequenzen gut für CMOS-Logik.
Korrelations-Power-Analysis (CPA)
CPA verwendet die Pearson-Korrelation zwischen dem vorhergesagten Hamming-Gewicht eines Zwischenwerts und der gemessenen Leistung zu jedem Zeitpunkt. Die korrekte Schlüsselhypothese ergibt die höchste Korrelation.
Power-Traces in der Praxis erfassen
Forschende verwenden einen Strommesswiderstand in Reihe mit dem Zielgerät sowie ein Oszilloskop oder ein ChipWhisperer-Board, um den Trace mit 100 MS/s oder mehr zu digitalisieren.
DPA auf AES: Schlüsselwiederherstellung
Richten Sie den Angriff auf die erste AES-Runde: Für jeden der 256 Schlüsselbyte-Kandidaten sagen Sie das Hamming-Gewicht der SubBytes-Ausgabe voraus und korrelieren es mit den Traces. Das korrekte Byte tritt mit einer Korrelation von etwa 0,9 oder höher hervor.
DPA höherer Ordnung
Maskierte Implementierungen teilen jeden Zwischenwert in zufällige Anteile auf. DPA zweiter Ordnung kombiniert zwei Zeitpunkte (Anteil und Maske) mithilfe einer Produkt- oder einer Kombination aus absoluten Differenzen.
DPA auf RSA-Square-and-Multiply
Bits des RSA-Privatschlüsselexponenten werden wiederhergestellt, indem bei vielen Traces mit einem Angriff auf gewählte Nachrichten die Leistungsprofile von reinen Square-Schritten und Square-then-Multiply-Schritten unterschieden werden.
Werkzeuge und Plattformen
Die Open-Source-Plattform ChipWhisperer bietet Hardware und Python-Software zum Erfassen und Ausrichten von Traces sowie für CPA. Sie unterstützt AES-, RSA- und ECC-Ziele direkt nach der Installation.
Wissensprüfung
Wodurch unterscheidet sich bei der Correlation Power Analysis die korrekte Schlüsselhypothese von den falschen?
Zusammenfassung der Lektion
SPA untersucht einen einzelnen Trace visuell; DPA verwendet Statistiken über viele Traces hinweg. CPA nutzt die Pearson-Korrelation mit einem Hamming-Gewichtsmodell. Zu den Gegenmaßnahmen gehören Maskierung und randomisierte projektive Koordinaten für ECC.
Häufig gestellte Fragen
Ist die Lektion „Seitenkanalanalyse des Stromverbrauchs: SPA und DPA“ kostenlos?
Ja — der vollständige Text von „Seitenkanalanalyse des Stromverbrauchs: SPA und DPA“ ist hier im Web kostenlos zu lesen. Um sie interaktiv zu üben (integrierter Code-Editor und 24/7 KI-Tutor) und den Rest des Cryptology Academy-Kurses freizuschalten, upgrade auf CoddyKit PRO. Der Cryptology Academy-Kurs umfasst insgesamt 4 Lektionen.
Was lerne ich in „Seitenkanalanalyse des Stromverbrauchs: SPA und DPA“?
Erfassen Sie Stromverbrauchsspuren und führen Sie einfache sowie differentielle Power-Analysen durch. Du übst Cryptology Academy mit praktischem Code, den du direkt im Browser ausführst, und ein 24/7 KI-Tutor beantwortet deine Fragen während du die Lektion bearbeitest.
Brauche ich Erfahrung, um Cryptology Academy zu starten?
Keine Vorkenntnisse erforderlich. Cryptology Academy auf CoddyKit ist für Anfänger bis fortgeschrittene Lernende strukturiert, sodass du hier starten oder von Anfang an beginnen und in deinem eigenen Tempo voranschreiten kannst. Dies ist Lektion 2 von 4.
Wie lange dauert die Lektion „Seitenkanalanalyse des Stromverbrauchs: SPA und DPA“?
Die meisten CoddyKit-Lektionen dauern etwa 5–10 Minuten. Jede ist kompakt und interaktiv, sodass du stetig Fortschritte machst und genau dort weitermachst, wo du aufgehört hast – im Web und in der App.
Kann ich in dieser Cryptology Academy-Lektion Code schreiben und ausführen?
Ja. Jede Cryptology Academy-Lektion enthält einen integrierten Code-Editor, sodass du echten Code direkt in deinem Browser schreibst und ausführst und sofort KI-Feedback erhältst — ohne lokale Einrichtung erforderlich.
Alle Lektionen in diesem Kurs
- Timing-Angriffe: Schlüssel aus der Ausführungszeit gewinnen
- Seitenkanalanalyse des Stromverbrauchs: SPA und DPA
- Elektromagnetische und akustische Seitenkanäle
- Gegenmaßnahmen: Maskierung, Blinding und Code mit konstanter Laufzeit