TY - THES A1 - Doku, Philip Laryea T1 - Investigation of the distinguishability of Giraud-Verneuil atomic blocks T1 - Untersuchung der Unterscheidbarkeit von Giraud-Verneuil-Atomblöcken N2 - In this work, we investigate the security of Elliptic Curve Cryptosystem (ECC) implementations against Side-Channel Analysis (SCA). ECC is well known for both its efficiency and strong security. However, it is also vulnerable to SCA. SCA exploits physical information leaked during the execution of the scalar multiplication (kP) operations. Countermeasures like regularity and atomicity have been developed against such attacks. This thesis, however, focuses on atomicity as a countermeasure. In this work, we focused on the atomic pattern proposed by Giraud and Verneuil used in the scalar multiplication operation. We implemented their atomic pattern using the right-to-left scalar multiplication algorithm on the P-256 elliptic curve, recommended by NIST. Our implementation was done using the FLECC cryptographic library, which supports constant-time operations, and it was executed on the Texas Instruments (TI) LAUNCHXLF28379D development board. We measured and collected the Electromagnetic (EM) emissions generated during the execution of the kP operation using measurement tools such as the Lecroy WavePro 604HD Oscilloscope, the Langer ICS 105 Integrated Circuit Scanner, and the Langer MFA-R 0.2-75 Near Field Probe. Our analysis focused on whether the Giraud and Verneuil atomic blocks could be distinguished based on their electromagnetic trace. We identified that when additionally inserted clock cycle processes were present in the execution, the atomic blocks could be visually distinguished from each other. However, after removing these processes, the atomic blocks became more synchronised and harder to distinguish, which reduced the risk of a successful SCA attack. These findings suggest that, although the atomic pattern was implemented correctly with dummy operations, its resistance to SCA can still be affected by the additional processes that are inserted on the hardware or software level. This means that atomicity alone as a countermeasure might not be enough to fully protect ECC implementations against SCA attacks. More research is required to investigate the reasons for the additionally inserted clock cycle processes that caused the distinguishability in the atomic blocks and also how intermediate operations are addressed in memory registers. This will help to better understand the processes that lead to the insertion of these additional clock cycles. This thesis is the first to experimentally implement and investigate Giraud and Verneuil’s atomic pattern on hardware and offer useful results that can be used to improve countermeasures against SCA. N2 - In dieser Arbeit untersuchen wir die Sicherheit von Implementierungen elliptischer Kurvenkryptosysteme (ECC) gegenüber Seitenkanalanalysen (SCA). ECC ist sowohl für seine Effizienz als auch für seine hohe Sicherheit bekannt. Allerdings ist es auch anfällig für SCA. SCA nutzt physikalische Informationen aus, die während der Ausführung von Skalar-Multiplikationsoperationen (kP) verloren gehen. Gegenmaßnahmen wie Regelmäßigkeit und Atomizität wurden gegen solche Angriffe entwickelt. Diese Arbeit konzentriert sich jedoch auf Atomizität als Gegenmaßnahme. In dieser Arbeit haben wir uns auf das von Giraud und Verneuil vorgeschlagene atomare Muster konzentriert, das in der Skalar-Multiplikationsoperation verwendet wird. Wir haben ihr atomares Muster unter Verwendung des von rechts nach links gerichteten Skalar-Multiplikationsalgorithmus auf der vom NIST empfohlenen elliptischen Kurve P-256 implementiert. Unsere Implementierung erfolgte unter Verwendung der FLECC-Kryptografie-Bibliothek, die Operationen mit konstanter Zeit unterstützt, und wurde auf dem Entwicklungsboard LAUNCHXLF28379D von Texas Instruments (TI) ausgeführt. Wir haben die während der Ausführung der kP-Operation erzeugten elektromagnetischen (EM) Emissionen mit Messgeräten wie dem Lecroy WavePro 604HD Oszilloskop, dem Langer ICS 105 Integrated Circuit Scanner und der Langer MFA-R 0,2-75 Nahfeldsonde gemessen und erfasst. Unsere Analyse konzentrierte sich darauf, ob die atomaren Blöcke von Giraud und Verneuil anhand ihrer elektromagnetischen Spuren unterschieden werden können. Wir stellten fest, dass die atomaren Blöcke visuell voneinander unterschieden werden konnten, wenn zusätzlich eingefügte Taktzyklusprozesse in der Ausführung vorhanden waren. Nach dem Entfernen dieser Prozesse wurden die atomaren Blöcke jedoch synchroner und schwerer zu unterscheiden, was das Risiko eines erfolgreichen SCA-Angriffs verringerte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das atomare Muster zwar mit Dummy-Operationen korrekt implementiert wurde, seine Widerstandsfähigkeit gegenüber SCA jedoch durch die zusätzlichen Prozesse, die auf Hardware- oder Softwareebene eingefügt werden, beeinträchtigt werden kann. Das bedeutet, dass Atomizität allein als Gegenmaßnahme möglicherweise nicht ausreicht, um ECC-Implementierungen vollständig vor SCA-Angriffen zu schützen. Es sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die Gründe für die zusätzlich eingefügten Taktzyklusprozesse zu erforschen, die die Unterscheidbarkeit der atomaren Blöcke verursachten, und um zu untersuchen, wie Zwischenoperationen in Speicherregistern behandelt werden. Dies wird zu einem besseren Verständnis der Prozesse beitragen, die zur Einfügung dieser zusätzlichen Taktzyklen führen. Diese Arbeit ist die erste, die das atomare Muster von Giraud und Verneuil experimentell auf Hardware implementiert und untersucht und nützliche Ergebnisse liefert, die zur Verbesserung der Gegenmaßnahmen gegen SCA genutzt werden können. KW - Side Channel Analysis KW - Elliptic Curve Cryptosystem KW - Atomicity KW - Scalar Multiplication kP KW - FLECC KW - Kryptosystem KW - Elliptische Kurve KW - Seitenkanalattacke KW - Atomizität KW - Implementierung KW - Elliptische-Kurven-Kryptosysteme KW - Seitenkanalanalyse KW - Skalarmultiplikation kP KW - Horizontale Seitenkanalangriffe KW - Atomare Blöcke Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-71404 ER -