### 提升AES中的未知随机故障DFA攻击效率
#### 摘要与背景介绍
本文主要探讨了在高级加密标准（AES）硬件实现中的差分故障分析（DFA）技术。DFA是一种针对密码系统安全性的攻击方法，通过注入特定类型的故障来分析密码算法的行为，从而获取秘密密钥。然而，在实际攻击场景中，流行的故障注入方法如电压波动往往会引入位置随机、值未知且可能涉及多字节的故障。为了更有效地处理这类故障，本文提出了一种改进的DFA攻击方法。
#### 改进的DFA攻击模型
在传统的DFA攻击中，通常需要六对正确的和错误的密文来恢复密钥。而本研究则基于一种新的概念——理论候选数目（Theoretical Candidate Number），即在故障分析过程中能够被提前识别出的正确轮密钥。通过利用这一概念，改进后的攻击方法始终能使用最少数量的正确与错误密文对完成DFA攻击，从而极大地提高了攻击效率。
#### 实验验证
为了支持上述观点，研究者们基于电压违规的方法在FPGA板上进行了随机故障攻击实验。实验结果显示，大约97.3%的攻击可以在三对正确与错误密文之内完成。此外，平均只需要2.17对正确与错误密文就可以确定正确的轮密钥，相比之前的模型具有显著的优势。这不仅提高了攻击的成功率，也减少了分析过程中的计算量，从而有效地提升了DFA攻击的时间效率。
#### 关键词解析
- **AES**：高级加密标准，一种广泛使用的对称加密算法。
- **DFA攻击**：差分故障分析，一种通过向加密设备注入故障来获取密钥的攻击方式。
- **未知随机故障**：在实际攻击中，由于电压波动等原因产生的位置随机、值未知且可能涉及多字节的故障。
- **高效**：指在保证攻击准确性的前提下，尽可能减少所需的数据量和计算量。
- **理论候选数目**：一种新提出的概念，用于标识可以提前确定的正确轮密钥的数量。
- **电压违规**：一种通过改变电压来引起硬件故障的方法。
#### 结论
通过引入“理论候选数目”这一新概念，本文提出了一种更为高效的针对AES的DFA攻击方法，该方法能够在处理未知随机故障时表现出更高的效率。实验结果证实了这种方法的有效性和优势，对于提高AES等密码系统的安全性测试水平具有重要意义。此外，这种改进的攻击方法也为未来的密码学研究提供了新的方向和思路。
本文通过理论分析与实验验证相结合的方式，为提高AES硬件实现中DFA攻击的效率提供了一种新的解决方案，对密码学领域的研究和发展具有积极的推动作用。
