一种针对AES算法线性部分的高效掩码防护方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109617667A(43)申请公布日2019.04.12(21)申请号201811300731.2(22)申请日2018.11.02(66)本国优先权数据201811080898.22018.09.17CN(71)申请人中国科学院信息工程研究所地址100093北京市海淀区闵庄路甲89号(72)发明人周永彬明经典张倩李慧中(74)专利代理机构北京君尚知识产权代理事务所(普通合伙)11200代理人司立彬(51)Int.Cl.H04L9/00(2006.01)H04L9/06(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图1页(54)发明名称一种针对AES算法线性部分的高效掩码防护方法(57)摘要本发明公开了一种针对AES算法线性部分的高效掩码防护方法。本方法为：1)生成掩码矩阵M′、M；然后利用M对待保护的中间值矩阵Q进行保护，即Q⊕M；2)对Q⊕M进行非线性运算，结果记为S；利用M’对S进行保护，即S⊕M′；3)对S⊕M′进行行移位变换，得到矩阵S'；4)利用S'对AES加密算法进行列混淆运算，得到矩阵T；5)更新M，进行正常的轮密钥加，更新前后的掩码矩阵M均为斜线上的掩码相同；6)重复步骤2)～5)多轮；当执行到最后一轮的线性运算时，只进行行移位变换和正常的轮密钥加，然后将变换后的S'与M’异或后作为AES的运算结果输出。CN109617667ACN109617667A权利要求书1/2页1.一种针对AES算法线性部分的高效掩码防护方法，其中每一轮其步骤为：1)生成4个随机8bit掩码m′0,m′1,m′2,m′3，并用这4个掩码循环排列组成4×4的掩码矩阵M′；以及生成4个随机8bit掩码m0,m1,m2,m3，并用这4个掩码循环排列组成4×4的掩码矩阵M；然后利用掩码矩阵M对一阶掩码方案中待保护的中间值矩阵Q进行保护，即生成新的中间值矩阵Q⊕M；2)对该中间值矩阵Q⊕M进行非线性运算，输出结果记为S，并利用掩码矩阵M’对S进行保护，生成受掩码保护的矩阵S⊕M′；3)对S⊕M′进行行移位变换，得到变换后的矩阵S'；4)利用该矩阵S'对AES加密算法进行列混淆运算，得到矩阵T；其中，列混淆运算过程中引入一随机数r对该矩阵T中每一元素进行保护；5)在对AES加密算法进行列混淆运算后，对掩码矩阵M进行更新，更新前后的掩码矩阵M均为斜线上的掩码相同，在掩码刷新之后，正常执行轮密钥加过程(此过程与其它的一阶掩码轮密钥加模块相同)；6)重复步骤2)～5)多轮；当执行到最后一轮的线性运算时，只进行步骤3)的行移位变换和轮密钥加操作，然后将变换后的S'与掩码矩阵M’异或后作为AES的运算结果输出。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，更新掩码矩阵M的方法为：先将矩阵T异或新的掩码矩阵N，再去异或更新前的掩码矩阵M；其中，生成4个8bit随机数n0,n1,n2,n3并用这4个掩码循环排列组成4×4的掩码矩阵N。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，得到矩阵T的方法为：tmp＝2r⊕s′4*i+0⊕s′4*i+1⊕s′4*i+2⊕s′4*i+3t4*i+0＝2(r⊕s′4*i+0⊕s′4*i+1)⊕s′4*i+0⊕tmpt4*i+1＝2(r⊕s′4*i+1⊕s′4*i+2)⊕s′4*i+1⊕tmpt4*i+2＝2(r⊕s′4*i+2⊕s′4*i+3)⊕s′4*i+2⊕tmpt4*i+3＝2(r⊕s′4*i+3⊕s′4*i+0)⊕s′4*i+3⊕tmp；其中，t4*i+j为矩阵T内第4*i+j个元素，位于矩阵T的第i行第j列；s′4*i+j为矩阵S′内第4*i+j个元素，位于矩阵S′的第i行第j列。4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，r为8bit随机数。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对列混淆运算后的AES算法进行解密时，对该AES算法解密的列混淆方法为：-1tmp＝((4r⊕2r)8⊕s′4*i+0⊕s′4*i+1⊕s′4*i+2⊕s′4*i+3)8t4*i+0＝2(r⊕s′4*i+0⊕s′4*i+1)⊕4(r⊕s′4*i+0⊕s′4*i+2)⊕s′4*i+1⊕s′4*i+2⊕s′4*i+3⊕tmpt4*i+1＝2(r⊕s′4*i+1⊕s′4*i+2)⊕4(r⊕s′4*i+1⊕s′4*i+3)⊕s′4*i+0⊕s′4*i+2⊕s′4*i+3⊕tmpt4*i+2＝2(r⊕s′4*i+2⊕s′4*i+3)⊕4(r⊕s′4*i+0⊕s′4*i+2)⊕s′4*i+1⊕s′4*i+0⊕s′4*i+3⊕tmpt4*i+3＝2(r⊕s′4*i+0⊕s′4*i+3)⊕4(r⊕s′4*i+3⊕s′4*i+1)⊕s′4*i+1⊕s′4*i+2⊕s′4*i+0⊕tmp其中