密码算法和密码技术是保障信息数据安全存储和传输的重要手段,承载密码算法的芯片和系统在人们的生活中越来越常见。以功耗分析为代表的旁路攻击技术是一种非侵入式攻击技术,可复现性强,是目前密码芯片安全性评估的必要手段之一,与之相关的攻防方法也是学术界研究热点。本文提出了一种新型的针对分组密码算法硬件实现的旁路功耗分析方法,即多点零值攻击方法,其在很大程度上可以消除噪声的影响,能提取更多的有用的功耗信息。该方法利用与中间值相关的功耗在最小的情况下功耗和数据的对应关系,利用和中间值相关的时序逻辑电路和组合逻辑电路对应的功耗同时最小的这一类曲线,对这类曲线进行分类求平均。根据正确密钥对应的曲线集合的均值结果最小的特点,得到正确密钥。本文的研究工作体现在以下几方面:(1)结合分组密码算法硬件电路的特点,提出了通用的多点零值攻击方法,该旁路功耗分析方法对大部分硬件实现的分组密码算法都适用。(2)在SAKURA-G FPGA开发板上实现了AES算法,采集FPGA上运行的AES算法的功耗,并在matlab上实现了多点零值攻击方法。(3)提出了基于卷积预处理、分类结果相关性分析、选择明文攻击这三种改进型的多点零值攻击方法,并通过实验比较这几种方法和多点零值攻击方法的攻击效果。(4)提出了针对多点零值攻击方法的通用防护方案,包括伪轮和随机掩码等方案。在FPGA上具体实现了基于AES算法的两种防护方案的硬件电路。通过采集FPGA上运行的算法的功耗,并对功耗曲线进行多点零值攻击,实验验证防护方案的逻辑正确性和防护效果。实验结果表明,提出的多点零值攻击方法比DPA的攻击效果好,具有更高的区分度,多点零值攻击方法的区分度是传统DPA攻击方法的100倍以上。同时,我们提出的针对多点零值攻击方法的防护方案可以有效抵御多点零值攻击方法,在100万条功耗曲线样本情况下,多点零值攻击方法无法得到正确的密钥结果,证明了随机伪操作和随机掩码防护方案的有效性。