Auswirkungen von Seitenkanalangriffen auf das Design kryptographischer Algorithmen

Seit den Arbeiten von Kocher zu Zeitangriffen in 1996 und Kocher, Jaffe und Jun zu Stromangriffen in 1998 können Angriffe gegen kryptographische Algorithmen in drei Gruppen eingeteilt werden: mathematische Angriffe, mathematisch-physikalische und rein physikalische Angriffe. Seitenkanalangriffe gehören zur zweiten Gruppe. Sie greifen Implementierungen von Algorithmen unabhängig von deren mathematischer Sicherheit an, sind jedoch angepasst und abhängig vom anzugreifenden Algorithmus.

Konventionelle Gegenmaßnahmen gegen Seitenkanalangriffe basieren hauptsächlich auf physikalischen, implementierungsabhängigen Aspekten der Seitenkanalanalyse und weisen in Bezug auf Wirksamkeit und Aufwand einige Beschränkungen auf. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den mathematischen, algorithmenspezifischen Abhängigkeiten der Seitenkanalanalyse mit dem Fokus auf passive nichtinvasive Angriffe gegen symmetrische Blockchiffren. Im ersten Schritt werden existierende Seitenkanalangriffe analysiert und bezüglich ihrer algorithmenspezifischen Voraussetzungen klassifiziert. Im zweiten Schritt folgt eine detaillierte Analyse der Komplexität statistischer Seitenkanalangriffe. Es kann gezeigt werden, dass die Komplexität der statistischen Analyse statistischer Seitenkanalangriffe wie bspw. der differentiellen Stromanalyse (DPA) von algorithmenspezifischen Parametern abhängig ist.

Die Arbeit gibt einen detaillierten Einblick darüber, wie algorithmenspezifische Parameter und Strukturelemente die Schlüsselbitabhängigkeit von Zwischenergebnissen und damit die Komplexität statistischer Seitenkanalangriffe beeinflussen. Weiterhin wird die Bedeutung der Rundenschlüsselerzeugung für die Komplexität von Seitenkanalangriffen analysiert. Es kann gezeigt werden, dass -anders als bei der mathematischen Kryptoanalyse - die Komplexität von Seitenkanalangriffen direkt von der Nichtinvertierbarkeit der Rundenschlüsselerzeugung abhängt.

Die Dissertation kommt zu dem Schluss, dass die sorgfältige Auswahl und das Design kryptographischer Algorithmen die Anfälligkeit der Algorithmen gegenüber Seitenkanalangriffen unabhängig und zusätzlich zu den konventionellen Gegenmaßnahmen reduzieren kann. Beispielhaft werden die in der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse genutzt, die Finalisten des AES-Auswahlprozesses (AES/Rijndael, MARS, RC6, Serpent und Twofish) zu analysieren und hinsichtlich ihrer Anfälligkeit gegenüber Seitenkanalangriffen zu vergleichen.