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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明公开了一种针对分组密码的自动形式化故障分析方法，包含形式化故障传播模型建立，故障属性挖掘和形式化故障分析三个阶段，密码核形式化故障传播模型对故障在密码迭代中的传播过程进行度量。该方法可以对密码核设计自动化建立形式化故障传播模型，适用于描述不同类型的故障在密码迭代的传播过程。故障属性挖掘阶段从形式化故障传播模型仿真的故障轨迹中提取固有行为模式作为故障属性，为形式化分析提供数学理论支撑。形式化故障分析阶段基于所提取的故障属性利用形式化验证工具来自动化搜索正确密钥。本发明方法具有更好的可扩展性和通用性，并且不存在复杂的公式推导，支持唯密文分析，仅需少量密文即可恢复密钥，与现有方法相比更为有效。

主权项：1.一种针对分组密码的自动形式化故障分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立基本逻辑单元形式化故障传播模型库；采用信息流跟踪技术建立电路设计的形式化故障传播模型，通过为电路设计的输入输出信号按比特添加故障标签来标识该信号的故障状态，根据故障标签的流动来监测故障信息的传播，其中故障标签为逻辑‘0’时，表示该信号未发生故障，否则该信号为故障状态；电路设计的形式化故障传播模型中故障标签的传播满足电路设计的逻辑约束，即仅当输入数据对输出数据的值存在影响时，输入信号对应的故障状态才能传播到输出信号中，可采用布尔表达式对形式化传播模型进行描述；基于此方法，为集成电路设计中所有基本逻辑单元的故障传播过程进行形式化故障模型建模，建立基本逻辑单元形式化故障传播模型库；非门的形式化故障模型布尔表达式为Ot＝At，其中At和Ot分别为输入信号A、输出信号O对应的故障标签；二输入异或门的形式化故障模型布尔表达式为Ot＝BtAt+AtBt，其中Bt为输入信号B对应的故障标签；二输入与门的形式化故障模型布尔表达式为Ot＝AAtBt+BAtBt+ABBt+AAtBBt，其中O为输出信号；二输入或门的形式化故障模型布尔表达式为Ot＝ABtAt+BAtBt+ABtB+AAtBBt；步骤2：建立密码核形式化故障传播模型；利用逻辑综合将密码核设计转化为门级网表，通过将门级网表中的基本逻辑单元映射到基本逻辑单元形式化传播模型库中，将相应的基本逻辑单元形式化传播模型进行逻辑组合，为密码核建立形式化故障传播模型；步骤3：形式化故障传播模型仿真；利用EDA工具对步骤2建立的密码核形式化故障传播模型进行随机仿真，模拟密码算法在任何一种故障状态下的故障传播过程，收集在每一种故障状态下形式化故障传播模型仿真的故障轨迹，为挖掘故障属性提供数据支撑；步骤4：自动化挖掘故障属性；利用步骤3收集的故障轨迹实现故障属性的自动挖掘；所述故障属性是对故障传播过程固有行为模式的抽象描述，分为故障位置属性和故障相关属性；故障位置属性是一种定性属性，描述故障在传播过程中对密码核设计哪些位置产生了影响，通过观察故障轨迹中故障的分布提取该属性；故障相关属性是一种定量属性，描述了同一故障源的故障信息之间的相关性；通过机器学习技术实现从故障轨迹中故障属性的挖掘，采用SVA属性断言对提取的故障属性进行形式化描述；通过挖掘每一种故障状态下对应的故障属性，建立故障属性库；步骤5：建立故障分析模型；根据步骤4提取的故障属性及密码迭代变换建立故障分析模型；故障分析模型描述故障属性与加密密钥的相关性，结合密码算法的迭代结构，利用密钥信息和错误密文推导满足所提取故障属性的故障信息，建立加密密钥与故障属性的关联性，为形式化故障分析提供基础；步骤6：基于形式化故障分析恢复密钥；结合步骤4的故障属性库和步骤5的故障分析模型，对错误密文进行形式化故障分析，通过判断故障分析模型推导出的故障信息是否满足故障属性筛选密钥；首先收集相同明文下的正误密文对或唯错误密文对，将每一个密文对作为一个测试案例输入到形式化验证工具；以故障属性作为约束，形式化验证工具对正确密钥进行自动化搜索；在进行故障注入攻击时，攻击者在加密设备执行过程中任意一轮的轮变换或者密钥扩展注入故障，不需要知晓故障注入的具体位置及数量，形式化故障分析根据故障位置属性和故障相关属性推断该测试案例的故障状态。

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百度查询： 西北工业大学 一种针对分组密码的自动形式化故障分析方法