In 2016, NIST started a post quantum cryptography (PQC) standardization project in response to the rapid development of quantum algorithms which break many public-key cryptographic schemes. As the project nears its end, it is necessary to assess the resistance of its finalists to side-channel attacks. Although several side-channel attacks on software implementations PQCfinalists have been presented in recent papers, hardware implementations have been investigated much less. In this thesis, we present the first side-channel attack on an FPGA implementation of one of the NIST PQC finalists, Saber. Our experiments are performed on a publicly availible implementation of Saber compiled with Xilinx Vivado for an Artix-7 XC7A100T FPGA. We trained several deep learning models in an attempt to recover the Hamming weight and value of messages using their corresponding power traces. We also proposed a method to determine the Hamming weight of messages through binary search based on these models. We found out that, due to the difference in software and hardware implementations, the previously presented message recovery method that breaks a masked software implementation of Saber cannot be directly applied to the hardware implementation. The main reason for this is that, in the hardware implementation used in our experiments, all 256 bits of a message are processed in parallel, while in the software implementation used in the previous work, the bits are processed one-by-one. Future works includes finding new methods for analyzing hardware implementations. / Under 2016 startade NIST ett standardiseringsprojekt efter kvantkryptering (PQC) som svar på den snabba utvecklingen av kvantalgoritmer som bryter många kryptografiska system med offentliga nyckel. När projektet närmar sig sitt slut är det nödvändigt att bedöma finalisternas motstånd mot sidokanalsattacker. Även om flera sidokanalsattacker på programvaruimplementationer PQC-finalister har presenterats i de senaste tidningarna, har hårdvaruimplementationer undersökts mycket mindre. I denna avhandling presenterar vi den första sidokanalsattacken på en FPGA-implementering av en av NIST PQC-finalisterna, Sabre. Våra experiment utförs på en allmänt tillgänglig implementering av Sabre kompilerad med Xilinx Vivado för en Artix-7 XC7A100T FPGA. Vi tränade f lera modeller för djupinlärning i ett försök att återställa Hamming-vikten och värdet av meddelanden med hjälp av deras motsvarande kraftspår. Vi föreslog också en metod för att bestämma Hamming-vikten för meddelanden genom binär sökning baserat på dessa modeller. Vi fick reda på att, på grund av skillnaden i mjukvaru- och hårdvaruimplementationer, kan den tidigare presenterade meddelandeåterställningsmetoden som bryter en maskerad mjukvaruimplementering av Sabre inte direkt appliceras på hårdvaruimplementeringen. Den främsta anledningen till detta är att i hårdvaruimplementeringen som används i våra experiment bearbetas alla 256 bitar i ett meddelande parallellt, medan i mjukvaruimplementeringen som användes i det tidigare arbetet bearbetas bitarna en i taget. Framtida arbete inkluderar att hitta nya metoder för att analysera hårdvaruimplementationer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-319764 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Ji, Yanning |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:275 |
Page generated in 0.002 seconds