@phdthesis{Wittke2021, author = {Wittke, Christian}, title = {Untersuchung der Auswirkung von Layout Varianten von Beschleunigern f{\"u}r kryptographische Operationen auf Seitenkan{\"a}le}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57171}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2021}, abstract = {Die zunehmende Digitalisierung unserer Gesellschaft erfordert fortw{\"a}hrenden Schutz von kritischen Informationen mittels kryptographischer Systeme. Algorithmisch sind diese Systeme kaum anzugreifen. Allerdings erm{\"o}glichen sogenannte Seitenkanalattacken die Extraktion von geheimen Daten. Eine Art Seitenkanalattacken mit großem Angriffspotential ist die lokalisierte elektromagnetische Analyse. Bei diesem Verfahren werden durch Messung und Analyse der elektromagnetischen Abstrahlung von Teilen der Schaltung R{\"u}ckschl{\"u}sse auf interne Zust{\"a}nde getroffen und dadurch geheime Informationen wie private Schl{\"u}ssel extrahiert. Der aktuelle Stand der Forschung im Bereich lokalisierter EMA zeigt sowohl erfolgreiche Angriffe als auch Gegenmaßnahmen auf. Jedoch werden in den ver{\"o}ffentlichten Arbeiten keine detaillierten Untersuchungen hinsichtlich der genauen Umsetzung des Layouts der FPGA Implementierungen untersucht, welches die Ursache f{\"u}r den lokalisierten Leakage bildet. Stattdessen werden die Ursachen auf der algorithmischen Ebene des verwendeten kryptographischen Verfahrens betrachtet und ebenfalls eine algorithmische Gegenmaßnahme vorgeschlagen. In dieser Arbeit wird der Einfluss des Layouts von FPGA und ASIC Implementierungen auf lokalisierte EMA Angriffe untersucht. Dabei spielt insbesondere die Platzierung der Register eine wichtige Rolle. Die Untersuchungen in dieser Arbeit werden genutzt, um weiterf{\"u}hrende Maßnahmen zum Schutz von kryptographischen Implementierungen planen zu k{\"o}nnen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass sowohl das Design selbst als auch die Implementierung als FPGA oder ASIC einen großen Einfluss auf die Angreifbarkeit der Implementierung durch eine lokalisierte EMA haben. So kann die FPGA Implementierung des betrachteten ECC Designs ebenfalls f{\"u}r diese Art von Angriffen verwundbar sein. Aufgrund ihrer Implementierung ist dieser ECC-Beschleuniger insgesamt weniger anf{\"a}llig als ein Vergleichsdesign aus dem Stand der Forschung. Dennoch konnten potentielle Schwachstellen identifiziert werden, welche die Grundlage f{\"u}r die Planung und Umsetzung von Gegenmaßnahmen darstellen. Bei einer FPGA Implementierung des ECC Beschleunigers ist haupts{\"a}chlich die Lage der Flip-Flops im Layout die Ursache f{\"u}r die Anf{\"a}lligkeit. Dem kann durch eine gleichm{\"a}ßige Verteilung der Register zusammen mit permanent aktiver Logik entgegengewirkt werden, da die EM Abstrahlung der Logik die der Register {\"u}berdeckt. Im Gegensatz dazu konnte bei der ASIC Implementierung keine Aussage {\"u}ber den Einfluss von Platzierungsvarianten getroffen werden, da die Einfl{\"u}sse nicht messbar waren. Allerdings konnte die Verdrahtung auf der obersten Metallschicht als Leakagequelle bestimmt werden. Als Gegenmaßnahme dazu wird vorgeschlagen, durch Constraints die Ausgangssignale von Registern eines kryptographischen Chips nicht bis in die oberste Schicht zu routen.}, subject = {Seitenkanalanalyse; ECC; EMA; Layout; Elektromagnetische Analyse; Elliptic Curve Cryptography; Localized EMA; Decapsulation; FPGA; ASIC; Seitenkanalattacke; Field programmable gate array; Layout }, language = {de} }