信息安全 -- 什么是侧信道攻击

在经典大盗影片中，我们常看到这样的场景：

一名黑衣大盗屏息凝神，手指轻旋保险箱的密码锁，耳贴金属门板，通过锁芯转动的细微“咔嗒”声判断密码组合。

这种看似夸张的手法，实则是现实中侧信道攻击（Side-Channel Attack）​的雏形——攻击者不直接破解密码算法，而是通过分析设备运行时泄漏的物理信号（如功耗、电磁波、时间差等）间接获取密钥等敏感资产。

好了，全文完 -- 才怪。

但是上面这个场景就是侧信道攻击的简化版。

所谓侧信道的侧，指的就是一些可以被测量或者收集的额外信息。

还是以盗贼旋转密码锁为例，不管是盗贼还是保险箱主人，打开保险箱都需要输入密码，而输入密码这个动作本身就会传递一些信息，例如旋转时发出的声音、不同数字摩擦的力度，这些可能都会作为被收集对象用于分析，最终得出正确的密码。

那回到芯片、计算机等电子设备来说，只要上电运行，就势必会产生不同热量、电磁波、功耗甚至声音等等。

图片来源：《密码实现安全形式化验证发展现状与展望》

那我们让加密软硬件运行时，同样会产生这样的信息，这些信息被收集来分析作为攻击手段，这就是侧信道攻击。

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从以上我们可以看到，侧信道泄露的信息往往是执行动作本身无意识透露的信息，比如说有人正常走路，但另一个人通过他走路的动作、速度来推断他要准备干什么、甚至他的个性等。

所以，侧信道攻击就可以根据不同的物理信号进行分类，常见的有如下五类：

• 时间攻击（Timing Attack）​​

时间攻击就是测量算法执行的时间差异。例如，RSA处理“模乘”与“模约简”等操作耗时不同，攻击者可通过时间差反推密钥。

• ​功耗分析攻击（Power Analysis Attack）​​

​利用电路执行不同操作时功耗波动不同。例如，AES加密中处理不同数据的功耗差异可泄露密钥，​典型手段​包括简单功耗分析（SPA）直接观察波形特征，差分功耗分析（DPA）通过统计方法从噪声中提取信号。

• ​电磁攻击（Electromagnetic Attack）​​

​芯片运行时会释放与数据处理相关的电磁辐射。攻击者使用探头远程捕捉信号，甚至隔墙实施攻击。

• ​缓存攻击（Cache Attack）​​

​该攻击主要是利用共享缓存资源的时间差异推测敏感信息。例如，云计算中多个虚拟机共享缓存，攻击者通过监测缓存访问时间窃取数据

• ​故障注入攻击（Fault Attack）​​

​通过人为制造电压波动、激光照射等方式干扰设备，诱导其输出错误信息以提取密钥或者绕过安全机制。

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前面我们提到，由于侧信道本身不可避免（例如功耗、辐射），要想做好防护就必须专项治理。

• 例如在密码软硬件运行时加入随机噪声或虚拟操作，掩盖信号中的规律性，增加攻击者获取信息的难度；

• 在设计时尽可能考虑操作执行时间均匀；

• 通过增加电磁屏蔽来减少电磁辐射。

侧信道攻击的概念就简单介绍到这，具体如何实现，我再研究研究和大家分享。

好，这是真的全文完。