임피던스 측면 채널 공격을 완화하기 위한 무작위 회로 구성을 사용하는 RandOhm

Core Concepts

RandOhm은 FPGA와 프로그래밍 가능한 SoC의 부분 재구성 기능을 활용하여 임피던스 측면 채널 공격을 완화하는 이동 대상 방어 전략을 제공한다.

Abstract

RandOhm은 오프라인과 온라인 절차로 구성된다. 오프라인 단계에서는 대상 모듈을 선택하고 부분 비트스트림을 생성한다. 온라인 단계에서는 프로세서에서 실시간으로 무작위 부분 재구성 비트스트림을 생성하고 FPGA에 로드한다. 이를 통해 데이터 종속적인 계산과 임피던스 값 간의 상관관계를 제거하여 임피던스 측면 채널 정보 유출을 크게 줄일 수 있다.
RandOhm은 28nm FPGA에서 AES 암호화 구현을 통해 검증되었으며, 비프로파일 및 프로파일 임피던스 분석 공격에 대한 강건성을 입증했다. 또한 지연 및 성능 오버헤드를 분석하였다.

Stats

부분 재구성을 통해 회로의 물리적 구조를 지속적으로 변경하면 데이터 종속적인 임피던스 변화를 효과적으로 제거할 수 있다.
RandOhm은 FPGA 및 프로그래밍 가능한 SoC에서 실시간으로 무작위 부분 재구성 비트스트림을 생성하여 적용할 수 있다.
RandOhm을 적용한 AES 구현에서 TIMA, DIMA, CIMA 공격에 대한 강건성이 입증되었다.
RandOhm의 오버헤드는 마스킹 기법과 결합하여 사용할 경우 약 14% 수준의 LUT 및 FF 증가로 나타났다.

Quotes

"부분 재구성을 통해 회로의 물리적 구조를 지속적으로 변경하면 데이터 종속적인 임피던스 변화를 효과적으로 제거할 수 있다."
"RandOhm은 FPGA 및 프로그래밍 가능한 SoC에서 실시간으로 무작위 부분 재구성 비트스트림을 생성하여 적용할 수 있다."
"RandOhm을 적용한 AES 구현에서 TIMA, DIMA, CIMA 공격에 대한 강건성이 입증되었다."

Key Insights Distilled From

RandOhm: Mitigating Impedance Side-channel Attacks using Randomized Circuit Configurations

by Saleh Khalaj... at arxiv.org 05-07-2024

https://arxiv.org/pdf/2401.08925.pdf

Deeper Inquiries

임피던스 측면 채널 공격에 대한 다른 대응 방안은 무엇이 있을까?

임피던스 측면 채널 공격에 대한 다른 대응 방안으로는 회로의 물리적 구조를 동적으로 변경하는 방법 외에도 다양한 기술들이 존재합니다. 예를 들어, 전력 소비량을 조절하거나 전압 변동을 감지하여 공격을 방어하는 방법, 노이즈를 추가하여 정보 누출을 방지하는 방법, 또는 회로의 특정 부분을 암호화하여 공격을 어렵게 만드는 방법 등이 있습니다. 또한, 물리적 보안 요소를 추가하여 회로를 보호하거나 공격을 탐지하는 방법도 효과적일 수 있습니다.

마스킹 기법과 같은 기존 대응 기술들이 임피던스 공격에 효과적이지 않은 이유는 무엇일까?

마스킹 기법과 같은 기존 대응 기술들이 임피던스 공격에 효과적이지 않은 이유는 주로 임피던스 공격이 데이터 의존적인 변화를 이용하기 때문입니다. 마스킹은 전력 소비량을 무작위로 조절하여 공격을 방어하는 방법이지만, 임피던스 공격은 회로의 물리적 구조와 연관이 있어서 무작위로 전력을 조절하는 것만으로는 공격을 완전히 막기 어렵습니다. 또한, 임피던스 공격은 회로의 임피던스 값 자체를 이용하기 때문에 마스킹과 같은 방법으로는 완전한 방어가 어려운 측면이 있습니다.

RandOhm 이외에 회로의 물리적 구조를 동적으로 변경하여 측면 채널 공격을 방어할 수 있는 다른 기술들은 무엇이 있을까?

RandOhm과 유사한 회로의 물리적 구조를 동적으로 변경하여 측면 채널 공격을 방어하는 다른 기술로는 다양한 MTD(Moving Target Defense) 전략이 있습니다. 예를 들어, 회로의 배치와 라우팅을 주기적으로 변경하여 데이터 의존적인 계산과 임피던스 값을 상관관계 없게 만드는 방법이 있습니다. 또한, 회로의 특정 부분을 주기적으로 암호화하거나 회로의 물리적 구조를 랜덤하게 변형하는 방법도 효과적일 수 있습니다. 또한, 회로의 동작을 노이즈로 가리거나 회로의 특정 부분을 암호화하여 공격을 어렵게 만드는 방법도 고려할 수 있습니다. 이러한 다양한 MTD 전략은 임피던스 측면 채널 공격에 대한 효과적인 방어를 제공할 수 있습니다.