基于硬件的黑客攻擊—側(cè)信道攻擊為何如此強大？
2022-03-29 12:18:19 EETOP編譯本文主要介紹側(cè)信道攻擊（SCA）的基本知識，它們對硬件級安全構(gòu)成的威脅，以及為什么它們可以如此強大。
在電子系統(tǒng)中，人們往往只想到軟件層面的安全。
人們通常認(rèn)為像特洛伊木馬、惡意軟件和其他形式的黑客攻擊是最大的威脅；然而，從EE的角度來看，安全具有全新的意義。
許多最大的安全威脅是基于硬件的，攻擊者可以直接從我們安全和加密的軟件運行的硬件上竊取信息。
最有力的硬件安全威脅之一是側(cè)信道攻擊(SCA)。
在這篇文章中，我們將介紹SCA的概念，它們是如何工作的，以及為什么它們?nèi)绱藦姶蟆?nbsp;
什么是側(cè)信道攻擊？
許多形式的安全漏洞，包括硬件和軟件，往往集中在直接竊取秘密信息。
另一方面，側(cè)信道攻擊是硬件安全攻擊的一種分類，主要是通過利用非預(yù)期的信息泄漏來間接竊取信息。
顧名思義，SCA不通過直接竊取信息來獲得信息。相反，他們通過 "旁門左道 "竊取信息。圖1中可以看到SCA的例子。
SCA 之所以如此普遍，是因為電子系統(tǒng)固有地存在大量泄漏（即，側(cè)通道）。
這些側(cè)信道包括：
電源： 所有電子設(shè)備都通過電源軌供電。在基于功率的側(cè)信道攻擊中，攻擊者將在運行期間監(jiān)控設(shè)備的電源軌，以獲取電流消耗或電壓波動以竊取信息。
電磁 (EM) 輻射：正如法拉第定律所定義的，電流會產(chǎn)生相應(yīng)的磁場。圖 2 所示的基于 EM 的側(cè)信道攻擊通過監(jiān)控設(shè)備在運行期間發(fā)出的 EM 輻射來竊取信息，從而利用這一事實。
時序攻擊：在加密實現(xiàn)中，不同的數(shù)學(xué)運算可能需要不同的時間來計算，具體取決于輸入、鍵值和運算本身。時序攻擊試圖利用這些時序變化來竊取信息。
圖 2.攻擊者將天線直接放置在設(shè)備處理器上方的 EM 攻擊設(shè)置。
為了更好地理解側(cè)信道攻擊的工作原理，我們將看一個過于簡單但很有幫助的例子。
考慮一個 CMOS 反相器，如圖 3 所示。在此示例中，考慮到反相器的輸入是表示敏感數(shù)據(jù)的二進制字符串，例如加密密鑰，攻擊者的目標(biāo)是找出這個密鑰是什么。
圖 3. CMOS 反相器由方波驅(qū)動
此外，假設(shè)攻擊者沒有對輸入和輸出的直接探測權(quán)限（在這個例子中，輸入和輸出將是直接通道）。
這個假設(shè)可能是現(xiàn)實的，因為集成電路內(nèi)的邏輯門和銅導(dǎo)體被器件封裝所隱藏，如果不解封就不能直接探測。然而，在這種情況下，攻擊者可以接觸到器件的電源軌，這是一個現(xiàn)實的假設(shè)，因為電源軌通常是全局的，并在PCB層面提供給集成電路（即攻擊者可以直接探測PCB上的電源軌）。
通過執(zhí)行基于功率的側(cè)信道攻擊，我們的對手可以通過探測 3.3V 電源軌的電流消耗（或等效地通過探測接地電流）來計算輸入串。
查看圖 4 中的輸入和功率波形，我們可以看到器件電流消耗的確定性模式。當(dāng)輸入中出現(xiàn)從高到低的轉(zhuǎn)換（1 到 0）時，器件的電流消耗會出現(xiàn)尖峰。
通過只查看當(dāng)前波形，攻擊者可以快速確定輸入信號一定是10101010。這樣，攻擊者利用了一個側(cè)信道，成功地竊取了密鑰，而無需知道任何其他關(guān)于輸入、輸出或設(shè)備正在執(zhí)行什么操作。
出于各種原因， 側(cè)信道攻擊是一種獨特的強大攻擊形式。
首先，SCA 之所以如此強大，是因為它們難以預(yù)防。SCA 利用電子設(shè)備的無意且在很大程度上不可避免的行為——諸如設(shè)備的功耗和 EM 輻射之類的事情是固有且不可避免的。
充其量，設(shè)計師可以掩蓋這些側(cè)通道，但他們永遠(yuǎn)無法完全消除它們，這使得 SCA很難預(yù)防。另一個原因是許多 SCA 很難檢測到。
由于許多 SCA（如 EM 攻擊）是被動且非侵入性的，因此攻擊者使用時根本不需要對設(shè)備進行物理干預(yù)。出于這個原因，從電氣角度來看，幾乎不可能檢測到您的設(shè)備受到攻擊或之前已被入侵。
最后，由于機器學(xué)習(xí)（ML）的發(fā)展，如今SCA正變得越來越強大。歷史上的SCA需要對泄漏信息進行嚴(yán)格的統(tǒng)計分析，而今天的許多側(cè)面通道攻擊則利用了ML。
通過使用足夠大的泄漏信息數(shù)據(jù)集訓(xùn)練 ML 模型，攻擊者可以開發(fā)出強大且易于使用的攻擊。
原文：
https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-side-channel-attack-basics/
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