Analisis Daya: SPA & DPA

Analisis daya mengukur daya listrik sesaat yang digunakan perangkat selama operasi kriptografi. Konsumsi daya bergantung pada data yang sedang diproses dan membocorkan bit kunci rahasia.

Dalam SPA, satu jejak daya diperiksa secara visual. Eksponensiasi penguadratan-dan-perkalian membocorkan eksponen: langkah perkalian memiliki pola daya yang berbeda dari langkah penguadratan saja.

DPA menggunakan analisis statistik pada banyak jejak. Penyerang menetapkan satu hipotesis bit kunci, mempartisi jejak berdasarkan nilai antara yang diprediksi, lalu mencari lonjakan korelasi.

Asumsi utama: konsumsi daya sebanding dengan jumlah bit 1 (bobot Hamming) dari nilai yang sedang diproses. Hal ini berlaku dengan baik untuk logika CMOS pada frekuensi rendah.

CPA menggunakan korelasi Pearson antara bobot Hamming yang diprediksi dari suatu nilai antara dan daya yang diukur pada setiap sampel waktu. Hipotesis kunci yang benar menghasilkan korelasi tertinggi.

Peneliti menggunakan resistor pengindra arus secara seri dengan perangkat target dan osiloskop atau papan ChipWhisperer untuk mendigitalkan jejak pada 100 MS/s atau lebih tinggi.

Sasar ronde pertama AES: untuk setiap 256 kandidat bait kunci, prediksi bobot Hamming keluaran SubBytes, lalu korelasikan dengan jejak. Bait yang benar terlihat jelas dengan korelasi sekitar 0,9 atau lebih.

Implementasi bermasker membagi setiap nilai antara menjadi bagian-bagian acak. DPA orde kedua menggabungkan dua titik waktu (bagian dan masker) menggunakan fungsi kombinasi berupa perkalian atau selisih absolut.

Bit eksponen kunci privat RSA dipulihkan dengan membedakan pola daya penguadratan saja dari pola penguadratan lalu perkalian pada banyak jejak menggunakan serangan pesan pilihan.

Platform sumber terbuka ChipWhisperer menyediakan perangkat keras + perangkat lunak Python untuk pengambilan, penyelarasan jejak, dan CPA. Platform ini mendukung target AES, RSA, dan ECC sejak awal.

SPA membaca satu jejak secara visual; DPA menggunakan statistik pada banyak jejak. CPA menggunakan korelasi Pearson dengan model bobot Hamming. Penanggulangannya mencakup penyamaran dan koordinat proyektif acak untuk ECC.