Entwicklung eines Messaufbaus zur Evaluation der Seitenkanal-Sicherheit mittels elektromagnetischem Probing

Motivation

Post-Quantum kryptographische Verfahren werden seit mehreren Jahren entwickelt. Bald wird es standardisierte Post-Quantum Algorithmen geben, die veraltete oder gebrochene Standards ersetzen. Implementierungen der neuen Post-Quantum Algorithmen müssen, wie ihre Vorgänger, auch gegen Seitenkanal-Angriffe geschützt sein. Ein sehr sicheres, heutzutage oft verwendetes Verfahren, um Implementierungen gegen Seitenkanal-Angriffe zu schützen, ist Masking. Hierbei wird die Verarbeitung von geheimen Daten in der Implementierung in verschiedene Stränge aufgeteilt, auf welchen getrennt voneinander gerechnet wird. Bedingt durch Hardware-Eigenschaften, wie z.B. Glitching sowie ggf. Leakage, welches bedingt durch die Mikroarchitektur-Implementierung entstehen kann, kann die Implementierung dennoch weniger sicher sein, als in der Theorie durch Masking erwartet. Um die Sicherheit einer Implementierung zu evaluieren, müssen Messungen an der Hardware, z.B. mittels Power-Analysis oder elektromagnetischen Messungen (EM) durchgeführt werden.

Ziel

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung eines Messaufbaus zur Evaluierung der Seitenkanalresistenz von Implementierungen mittels EM-Probing an einem drei-Achsen-Positioniertisch, sowie eine erste Anwendung an einer kryptografischen Implementierung zur Validierung des Messaufbaus.

Aufgaben

• Literatur-Recherche
• Entwicklung eines Konzeptes zum Mechanischen Aufbau des drei-Achsen-Positioniertisches
• Umsetzung, bzw. Bau des drei-Achsen-Positioniertisches (Mechanisch sowie Firmware für Mikrocontroller)
• Durchführung von Messungen an kryptografischen Implementierungen
• Dokumentation

Voraussetzungen

• Sehr Gute Kenntnisse in der Programiersprachen C
• Gute Kenntnisse in Linux & Bash
• Kenntnisse in der Programmiersprache Python
• Grundkenntnisse im Bereich Elektrotechnik
• Motivation und Kreativität
• Eigenständiges Arbeiten
• Abgeschlossener Bachelor in Informatik oder Elektrotechnik

Referenzen und Literatur:

• Ishai et al., (2003). Private Circuits: Securing Hardware against Probing Attacks
• Faust et al., (2018). Composable Masking Schemes in the Presence of Physical Defaults & the Robust Probing Model
• Marshall et al., (2021). MIRACLE: MIcRo-ArChitectural Leakage Evaluation: A study of micro-architectural power leakage across many devices

Haben wir Ihr Interesse geweckt? Kontakt: Nicolai Schmitt.