錯誤注射攻擊總結（Fault Injection Attack）

1.   什麼叫錯誤注射攻擊

錯誤注射攻擊，指在密碼晶片裝置中通過在密碼演算法中引入錯誤，導緻密碼裝置產生錯誤結果，對錯誤結果進行分析從而得到密鑰。

它比差分能量攻擊（DPA，DifferentialPower Analysis）、簡單能量攻擊（SPA，SimplePower Analysis）、電磁分析攻擊（EMA，ElectromagneticAnalysis）都更強大。攻擊沒有防護的RSA-CRT只需要一個trace（能量跡），AES或者DES需要兩個traces。DPA和EMA通常需要上千或者上萬條traces，SPA需要少量traces，但不夠強大。

 

2.   錯誤注射攻擊的主要方式

a)    Glitch Attack

通過擾亂外部電壓或者外部時鐘使裝置失靈對裝置進行攻擊，優點是易於實施，但無法對某一個特定的部分進行攻擊。現在的大多數晶片都有glitch detector或者DC filter來抵抗攻擊。 

b)    Temperature Attack

通過改變外部的溫度來擾亂裝置的正常運行，從而得到錯誤結果。

c)    Light Attack

通過雷射照射，利用光子擾亂密碼裝置的正常運行。它可以選擇攻擊的位置，是最強的攻擊方式。由於晶片主要都是在正面進行保護，背面很少採用保護措施。Laser attack可以通過照射背部進行攻擊。

 d)    Magnetic Attack

電磁攻擊，利用強大的磁場對裝置進行幹擾。優勢在於廉價，但不如Laser attack強。

 

3.   錯誤的種類：包括永久性錯誤和暫時性錯誤

a)    永久性錯誤

強大，可用於攻擊資料（EEPROM、RAM）或者代碼（EEPROM），但是難於實現。

 b)    暫時性錯誤

幹擾代碼的特定操作過程，包括：跳過子過程skip subroutine, 避免檢測avoidtest, 錯誤執行代碼executedifferently, 抓取錯誤數值fetch wrongvalue, 改變程式計數器modify programcounter等

 

4.   錯誤注射攻擊模型的選擇：步驟分兩步，首先選擇引入哪種錯誤，然後再選擇實踐的方式。

a)    Bit v.s. Byte

Bit: 攻擊單bit，強大，幾乎可以成功攻擊所有的密碼系統，但難於實現

Byte：攻擊整個Byte，由於byte是裝置資料的儲存和傳輸的主要方式，所以它比較易於實現

 b)    Specific v.s. Random Value

Specific：把資料設為全0或者全1，理論上比較容易想到的攻擊方式

Random Value：利用隨機數進行攻擊，比較易於實現。

 c)    Static v.s. Computational

Static：用於攻擊DSA，攻擊點是儲存空間memory，比較困難

Computational：用於攻擊RSA-CRT，在攻擊中引入錯誤操作計算，實現起來比較容易。

 d)    Data v.s. Control

Data：攻擊晶片操作中的資料

Control：攻擊晶片的操作過程，這種方法比較難於實現，但更加強大。

Reference：

Kim, Chong Hee, and J-J. Quisquater. "Faults, injection methods, and fault attacks." Design & Test of Computers, IEEE 24.6 (2007): 544-545.