Side-Channel Attacks (SCAs) have become a realistic threat to implementations of cryptographic algorithms. By utilizing the unintentionally leaked side-channel information during the execution of a cryptographic algorithm, it is possible to bypass the theoretical strength of the algorithm and extract its secret key. Recently, far-field electromagnetic (EM) emissions have been used in SCAs to extract keys from mixed- signal chips used in wireless communication protocols (such as Bluetooth). In such type of chips, the EM leakage is mixed with radio carrier and accidentally amplified by the antenna. Attacks exploiting such far-field EM side-channels may succeed over a much longer distance than the attacks based on near-field EM side-channels. Therefore, it is necessary to further investigate far-field EM side channels.In this thesis, we perform far-field EM side-channel attacks using two techniques: correlation and template analysis. We analyse an Arm Cortex-M4 microprocessor implementation of Advanced Encryption Standard (AES)-128 with a Bluetooth module on different distances up to 50cm. We first evaluate how the inter-chip diversity and the distance can affect the attack efficiency of template analysis. Our current results show that a template constructed using traces from one device captured at distance d can recover the secret key from 4,000 traces from the d device captured at the same distance d. However, if the distance is changed, or if traces are captured from different devices, the attack fails. This shows that it is not sufficient to build a template based on traces captured from a single device at a fixed distance. In addition, we present a pre- processing technique for allocating leakage points, which can significantly improve the attack efficiency of correlation analysis. / Side channel attacks har blivit ett realistiskt hot mot implementering av kryptografiska algoritmer. Genom att använda den oavsiktligt läckta sidokanalinformationen under exekveringen av en kryptografisk algoritm är det möjligt att kringgå algoritmens teoretiska styrka och extrahera dess hemliga nyckel. Nyligen har EM-utsläpp från fältfält använts i SCAsför att extrahera nycklar från blandade signalchips som används i trådlösa kommunikationsprotokoll (t.ex. Bluetooth). I en sådan typ av chips blandas EM-läckan med radiobäraren och förstärks av misstag av antennen. Attacker som utnyttjar sådana långtgående EM-sidokanaler kan lyckas på mycket längre avstånd än attackerna baserade på EM-sidokanaler nära fältet. Därför är det nödvändigt att ytterligare undersöka EM-sidokanalanalyser från fältet. I denna avhandling utför vi EM-sidokanalanalys med fältfält med två tekniker: korrelationsanalys och mallanalys. Vi analyserar en Arm Cortex-M4-mikroprocessorimplementering av AES med en Bluetooth-modul inbäddad på kortet på olika avstånd upp till 50 cm från den mottagande antennen. Vi utvärderar först hur mångfalden mellan chip och avståndet kan påverka attackeffektiviteten för mallanalys. Våra nuvarande resultat visar att en mall konstruerad med spår från en enhet fångad på avstånd d från den mottagande antennen kan återställa den hemliga nyckeln från 4K spår från samma enhet som fångats på samma avstånd d från den mottagande antennen. Om avståndet ändras eller om spår från en annan enhet analyseras misslyckas dock attacken. Detta visar att det inte är tillräckligt att bygga en mall baserad på spår från en enda enhet fångad på ett fast avstånd från den mottagande antennen. Dessutom presenterar vi en förbehandlingsteknik för allokering av läckagepunkter i spåren och visar att den kan förbättra attackeffektiviteten för korrelationsanalysen betydligt.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-281343 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Zhao, Zihao |
| 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 ; 2020:614 |
Page generated in 0.0019 seconds