Hardware security is an increasingly relevant topic because more and more systems and products are equipped with embedded microcontrollers. One type of threat against hardware security is attacks against encryption implementations in embedded hardware. The purpose of such attacks might be to extract the secret encryption key used to encrypt secret information that is being processed in the hardware. One type of such an attack that has gained more attention lately is side-channel attacks using deep learning algorithms. These attacks exploit the information that leaks from a chip in the form of the power the chip is consuming during encryption. In order to execute a side-channel attack assisted by deep learning, large amounts of data are needed for the neural network to train on. The data typically consists of several hundreds of thousands of power traces that have been captured from the profiling device. When the network has finished training, only a few power traces are required from a similar device to extract the key byte that has been used during encryption. In this project, the 8-bit microcontroller ATtiny85 was used as the victim device. AES-ECB 128 was used as the encryption algorithm. The goal of the project was to test how differences between boards and ATtiny85 chips affect the performance of side-channel attacks with deep learning. In the experiments, six different boards were used, where three of them had identical designs, and three of the boards had different designs. The data gathering was performed by measuring power consumption with an oscilloscope connected to a PC. The results showed that the similarity between the boards that were used for profiling and the boards that were attacked was the most important aspect for the attack to succeed with as few power traces as possible. If the board that was attacked was represented as a part of the training dataset, improved attack performance could be observed. If the training used data from several identical boards, no obvious improvement in attack performance could be seen. The results also showed that there are noticeable differences between identical ATtiny85 chips. These differences were obvious because the best attacks were the ones where the attacked chip was part of the training data set. There are several directions for future work, including how feasible these attacks are in real life scenarios and how to create efficient countermeasures. / Hårdvarusäkerhet blir mer aktuellt allt eftersom fler och fler system och produkter utrustas med mikrokontrollers. En typ av hot mot hårdvarusäkerhet är attacker mot krypteringsimplementationer i inbyggd hårdvara. Sådana attacker kan ha som syfte att försöka ta fram den krypteringsnyckel som används för att kryptera hemlig information som hanteras i hårdvaran. En sådan typ av attack, som undersökts mycket under senare år, är sidokanalsattacker där djupinlärningsalgoritmer används. Dessa attacker utnyttjar den information som läcker från ett chip genom den ström som chippet förbrukar. För att kunna utföra en sidokanalsattack med hjälp av djupinlärning krävs stora mängder data för att träna det neurala nätverket som utgör djupinlärningen. Datan består vanligtvis av flera hundra tusen strömförbrukningsspår tagna från chippet som är tänkt att attackeras. Denna data märks upp med vilken nyckel och text som använts vid krypteringen, eftersom metoden som används är övervakad inlärning. När nätverket är färdigtränat krävs bara ett fåtal strömförbrukningsspår från ett liknande chip för att ta reda på vilken nyckel som används i krypteringen. I detta projekt användes ATtiny85, en 8-bitars mikrokontroller, som det utsatta chippet för attacken. 128 bitars AES-ECB användes som krypteringsalgoritm. Målet med projektet var att testa hur olikheter mellan olika kretskort och olika identiska ATtiny85-chip påverkar resultaten av sidokanalsattacker med djupinlärning. I testerna användes sex olika kretskort, där tre stycken var likadana varandra, och tre stycken var olika varandra. Datainsamlingen skedde genom att mäta strömförbrukningen med ett oscilloskop kopplat till en dator. Resultaten visade att likheten mellan de kretskort som användes för att samla in data och kretskortet som attackeras är den viktigaste faktorn för att attacken ska lyckas med hjälp av så få insamlade strömförbrukningsspår som möjligt. Om det kretskort som attackeras är representerat som en del av träningsdatamängden ses också förbättrade effekter i attackresultaten. Om träningen sker på flera identiska kretskort kunde ingen tydlig förbättring av attackerna observeras. Resultaten visade också att det finns skillnader mellan olika identiska ATtiny85-chip. Dessa skillnader visar sig i att en attack lyckas bäst om det attackerade chippet ingick i träningsdatamängden. Framtida studier kan bland annat undersöka hur effektiva dessa attacker är i en realistisk miljö samt om det är möjligt att skapa effektiva motåtgärder.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-300766 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Björklund, Filip, Landin, Niklas |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| 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-ITM-EX ; 2021:445 |
Page generated in 0.0022 seconds