罗鹏，冯登国，周永彬

(1. 中国科学院 软件研究所，北京 100049；2. 中国科学院 研究生院，北京 100049)

1 引言

随着电路等分析技术的发展，密码破解已经不再单纯地停留在数学手段之上，还可从密码芯片运算时的功耗入手。通过对密码芯片运算时的功耗分析发现，密码芯片在进行运算时的功耗波形与所使用的密钥有着一定的关系，当使用密钥不同时，密码芯片运算时的功耗也会表现出不同的特性，于是，攻击者利用这种密钥和功耗间的关系，对密码芯片运算过程的功耗进行分析，分析出密码芯片运算所使用的密钥，对于这种利用密钥和运算时的功耗间的关系来进行密钥分析的方法称为功耗分析攻击[1～5]。

为了使功耗分析攻击得以实现，必须建立功耗与密钥或与密钥紧密相关的数据之间的关系模型，这样才能通过分析功耗，破解出密码芯片上的密钥或者与密钥相关的信息。

2 器件功耗与数据相关性的物理基础

2.1 CMOS反相器电路

CMOS逻辑门电路是在TTL电路问世之后，所开发出的第2种广泛应用的数字集成器件，从发展趋势来看，由于制造工艺的改进，CMOS电路的性能超越了TTL而成为占主导地位的逻辑器件，它的功耗和抗干扰能力则远优于TTL。此外，几乎所有的超大规模存储器件以及PLD器件都采用CMOS工艺制造，且费用较低。目前主流的加密、解密设备均使用CMOS电路，研究其功耗情况对使用功耗分析技术对设备进行攻击有重大意义。

本以CMOS反相器为例，主要讨论与功耗分析攻击相关的CMOS电路功耗问题。……