5G 암호화 표준 후보 SNOW-V에 대한 전력 측면 채널 공격

Core Concepts

본 연구에서는 32비트 ARM Cortex-M4 마이크로컨트롤러에서 실행되는 5G 이동 통신 보안 표준 후보인 SNOW-V에 대한 최초의 전력 측면 채널 분석(SCA) 공격을 제시합니다. 알려진 키 기반 상관관계 분석을 통해 누출 지점을 식별한 후, 상관 전력 분석(CPA) 공격을 수행하여 각 키 바이트에 대한 공격 복잡도를 2개의 키 추측으로 줄였습니다. 선형 판별 분석(LDA)을 활용하여 정확한 비밀 키를 식별합니다. 제안된 CPA 및 LDA 기반 공격 모델을 사용하여 Chipwhisperer 플랫폼에서 수집된 측정 추적을 사용하여 256비트 SNOW-V 비밀 키를 점진적으로 복구할 수 있습니다.

Abstract

본 연구는 5G 이동 통신 보안 표준 후보인 SNOW-V에 대한 최초의 전력 측면 채널 분석(SCA) 공격을 제시합니다.

분석 대상:

SNOW-V 알고리즘의 아키텍처 분석을 통해 LFSR이 공격의 주요 대상임을 확인
TVLA(Test Vector Leakage Assessment) 분석을 통해 SNOW-V에 상당한 측면 채널 누출이 존재함을 확인

공격 방법:

알려진 키 기반 상관관계 분석(KKC)을 수행하여 누출 지점을 식별
상관 전력 분석(CPA) 공격을 통해 각 키 바이트에 대한 공격 복잡도를 2개의 키 추측으로 줄임
선형 판별 분석(LDA)을 활용하여 정확한 비밀 키를 식별
제안된 CPA 및 LDA 기반 공격 모델을 사용하여 Chipwhisperer 플랫폼에서 수집된 측정 추적을 통해 256비트 SNOW-V 비밀 키를 점진적으로 복구

결과:

LDA 모델은 200개 미만의 추적으로 100% 정확도를 달성하여 단일 추적으로 공격 성공
CPA와 LDA 결합 공격 모델을 사용하여 50개 미만의 추적으로 전체 256비트 SNOW-V 비밀 키를 복구

대응책:

부울 마스킹, 상수 시간 구현, 셔플링 등의 소프트웨어 기반 대응책을 제안하고 평가
부울 마스킹이 가장 효과적으로 나타났으며, 50,000개 추적에서도 비밀 키를 복구할 수 없었음

Stats

SNOW-V는 AES-256보다 약 6.5배 더 빠른 성능을 보입니다.

Quotes

없음

Key Insights Distilled From

SNOW-SCA

by Harshit Saur... at arxiv.org 03-14-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.08267.pdf

Deeper Inquiries

SNOW-V 이외의 다른 5G 암호화 표준 후보들에 대한 SCA 공격 가능성은 어떨까요?

다른 5G 암호화 표준 후보들에 대한 SCA 공격 가능성은 각 알고리즘의 설계 및 구현에 따라 다를 수 있습니다. 일반적으로 SCA 공격은 사이드 채널 정보 누출을 통해 비밀 키를 추출하려는 시도이므로, 알고리즘의 구현 방식과 보안 수준이 중요합니다. 다른 후보들의 경우에도 적절한 보안 대책이 적용되어 있지 않다면 SCA 공격이 가능할 수 있습니다. 따라서 각 알고리즘의 취약성을 평가하고 적절한 대응책을 마련하는 것이 중요합니다.

SNOW-V에 대한 하드웨어 기반 SCA 대응책은 어떤 것들이 있을까요?

SNOW-V에 대한 하드웨어 기반 SCA 대응책으로는 다양한 방법이 존재합니다. 예를 들어, 하드웨어 수준에서의 카운터메저로는 전력 소비를 안정화시키는 회로 수준의 방법이 있을 수 있습니다. 또한, 물리적 보안 기술을 활용하여 전력 누출을 최소화하거나 감지하는 방법도 효과적일 수 있습니다. 또한, 하드웨어 수준에서의 랜덤화 기법을 적용하여 실행 순서를 무작위화하여 SCA 공격을 어렵게 만드는 방법도 있을 것입니다.

SNOW-V의 SCA 취약성이 양자 컴퓨팅 위협에 어떤 영향을 미칠 수 있을까요?

SNOW-V의 SCA 취약성이 양자 컴퓨팅 위협에 미치는 영향은 중요합니다. 양자 컴퓨팅은 현대의 전통적인 컴퓨팅 방식에 비해 훨씬 빠른 속도로 암호 해독을 수행할 수 있기 때문에, SCA 취약성이 있는 알고리즘은 양자 컴퓨팅에 노출될 경우 보안 위협이 커질 수 있습니다. 따라서 SNOW-V와 같은 알고리즘의 SCA 취약성을 보완하여 양자 컴퓨팅 시대에도 안전한 통신을 보장하는 것이 중요합니다.