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随着网络接入技术的飞速发展,高速接入网络中的信息安全已经成为人们关注的热点问题。AES-GCM加密算法可以解决高速接入网中潜在的窃听以及假冒威胁,已被广泛应用于现行的高速接入网络中保护敏感数据。旁路攻击是一种新型密码分析技术,通过分析密码电路泄漏的旁路信息破解密钥。以功耗攻击为代表的旁路攻击技术发展迅速,已经对密码电路构成了巨大威胁。AES-GCM密码电路中数据加密部分存在可被功耗攻击的漏洞,为了提升电路的安全性,需要对AES-GCM密码电路的功耗攻击及防御措施进行研究。论文的主要工作是研究AES-GCM密码电路的高阶差分功耗攻击HO-DPA和碰撞攻击CA以及它们的防御措施。根据AES-GCM加密算法特点,设计了一种高速AES-GCM电路结构,提出了基于延时分析的AES电路流水线划分方法,结合Karatsuba算法和快速求余算法改进了有限域乘法器的结构设计,实现了6级流水结构的比特并行乘法器。为了简化HO-DPA攻击过程,基于HO-DPA原理以及Synopsys IC设计工具和SIMC 0.18μm工艺库,设计了HO-DPA仿真平台并成功攻击了一阶全掩码AES加密电路,该平台是验证相关防御策略的基础。针对一阶掩码无法抵御HO-DPA的问题,通过添加二阶掩码的方式防御HO-DPA。为了拓宽CA的应用范围,对掩码重用型AES加密电路进行碰撞攻击的研究,构造了基于距离检测法的碰撞检测器,给出了碰撞阈值的设置方法,并改造传统碰撞链使之具有一定的容错能力。为了抵御CA,提出了一种基于随机延时的并行S盒电路结构,该结构通过破坏功耗曲线的一致性,增大碰撞检测难度,降低碰撞攻击的成功率。基于Xilinx公司ISE14.4对高速AES-GCM加密电路进行综合,电路最大吞吐率42.4Gbps,资源开销6482Slices,电路效率达到6.55Mbps/Slice,与串行结构电路相比吞吐率提高了105.8%,与并行结构电路相比电路效率提高了148.1%。基于HO-DPA仿真平台对AES-GCM电路中二阶掩码AES加密部分进行攻击,无法成功破解密钥,表明所设计的二阶掩码AES电路具备抵抗HO-DPA的能力。对基于随机延时S盒的AES加密电路进行碰撞攻击,无法正确检测到碰撞,表明该结构能够有效防御碰撞攻击。