Analyzing Side-Channel Leakage of RFID-Suitable Lightweight - - PowerPoint PPT Presentation

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Dec 25, 2023 14 likes •246 views

Ins$tute for Applied Informa$on Processing and Communica$ons (IAIK) Analyzing Side-Channel Leakage of RFID-Suitable Lightweight ECC Hardware

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SLIDE 1

Ins$tute ¡for ¡Applied ¡Informa$on ¡Processing ¡and ¡Communica$ons ¡(IAIK) ¡

¡ ¡ ¡ ¡Graz ¡University ¡of ¡Technology/Wenger, ¡Korak, ¡Kirschbaum ¡

1 ¡

Analyzing ¡Side-­‑Channel ¡Leakage ¡of ¡ RFID-­‑Suitable ¡Lightweight ¡ ¡ ECC ¡Hardware ¡

Erich.Wenger@iaik.tugraz.at ¡ ¡ Thomas.Korak@iaik.tugraz.at ¡ Mario.Kirschbaum@iaik.tugraz.at ¡ ¡

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SLIDE 2

Ins$tute ¡for ¡Applied ¡Informa$on ¡Processing ¡and ¡Communica$ons ¡(IAIK) ¡

¡ ¡ ¡ ¡Graz ¡University ¡of ¡Technology/Wenger, ¡Korak, ¡Kirschbaum ¡

2 ¡

Outline ¡

  • RFID? ¡
  • ECC ¡Hardware ¡(DUT) ¡
  • Power ¡Analysis ¡ANacks ¡

– Difference-­‑of-­‑Means ¡ – CorrelaPon ¡ANack ¡ – Revealing ¡Intermediates ¡

  • Conclusion ¡
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SLIDE 3

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¡ ¡ ¡ ¡Graz ¡University ¡of ¡Technology/Wenger, ¡Korak, ¡Kirschbaum ¡

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What ¡is ¡RFID? ¡

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SLIDE 4

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¡ ¡ ¡ ¡Graz ¡University ¡of ¡Technology/Wenger, ¡Korak, ¡Kirschbaum ¡

4 ¡

What ¡are ¡the ¡requirements? ¡

  • Analog ¡interface ¡
  • Data ¡transmission ¡protocol ¡

– ISO14443A ¡ – ISO15693 ¡ – NFC ¡

  • Top-­‑level ¡applicaPon ¡

– AuthenPcaPon ¡ – Privacy ¡ – Cryptographic ¡primiPves ¡

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SLIDE 5

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EllipPc ¡Curve ¡Cryptography ¡

  • Why? ¡
  • e.g. ¡for ¡privacy ¡preserving ¡protocols ¡
  • Standardized ¡(SECG, ¡NIST) ¡
  • For ¡best ¡interoperability ¡
  • Already ¡used ¡for ¡TLS, ¡IPSec, ¡and ¡SSH ¡
  • Implemented ¡ellipPc ¡curve ¡
  • sect163r1 ¡(NIST ¡B-­‑163) ¡
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SLIDE 6

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Algorithms ¡

  • Le^-­‑to-­‑right ¡Montgomery ¡Ladder ¡by ¡ ¡

López ¡and ¡Dahab ¡ ¡

  • Randomized ¡ProjecPve ¡Coordinates ¡

¡

  • Use ¡the ¡Private ¡Scalar ¡only ¡Once ¡
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SLIDE 7

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Architecture ¡

Memory ¡ Adder ¡ Squarer ¡ MulPplier ¡

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SLIDE 8

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Measurement ¡Setup ¡

  • ASIC ¡

– Placed ¡and ¡Routed ¡Design ¡ – VCD-­‑based ¡Toggle ¡Count ¡ ¡

  • FPGA ¡

– SASEBO ¡ – ResoluPon ¡Based ¡on ¡Input ¡Buffer ¡of ¡Oscilloscope ¡ – Exact ¡Clock ¡Source ¡Required ¡

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SLIDE 9

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Measurement ¡Methodology ¡

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Assuring ¡Side-­‑Channel ¡Resistance ¡ ¡

K162=1 ¡ K161=0 ¡ K160=0 ¡ K159=1 ¡ K158=1 ¡ K157=0 ¡

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SLIDE 11

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¡ ¡ ¡ ¡Graz ¡University ¡of ¡Technology/Wenger, ¡Korak, ¡Kirschbaum ¡

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Assuring ¡Side-­‑Channel ¡Resistance ¡ ¡

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Finite ¡Field ¡MulPplier ¡

LSB ¡First ¡Mul$plier ¡

a4 a3

a1

a0 b4 b3 b2 b1 b0 c4 c3 c2 c1 c0 a2 OpBi

MSB ¡First ¡Mul$plier ¡

OpBi a4 a3 a2 a1 a0 c4 c3 c2 c1 c0 b3 b2 b1 b0 b4

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SLIDE 13

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Leakage ¡of ¡Digit-­‑Serial ¡MulPplier ¡

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CorrelaPon ¡of ¡ConsecuPve ¡Rounds ¡

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CorrelaPon ¡of ¡ConsecuPve ¡Rounds ¡

Noise margin Noise margin Noise margin Noise margin Noise margin Noise margin

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Algorithm 1 L´

  • pez and Dahab round operations with key bits (0-0-1).

Ensure: P 0

1 ← P1 + P2.

Ensure: P 0

2 ← 2 · P2.

Point Addition 1: X1 ← X1 · Z2 2: Z1 ← Z1 · X2 3: T1 ← X1 · Z1 4: Z1 ← Z1 + X1 5: Z1 ← Z1 · Z1 6: X1 ← x · Z1 7: X1 ← X1 + T1 Point Doubling 8: X2 ← X2 · X2 9: Z2 ← Z2 · Z2 10: T1 ← Z2 · c 11: Z2 ← Z2 · X2 12: T1 ← T1 · T1 13: X2 ← X2 · X2 14: X2 ← X2 + T1 Ensure: P 0

1 ← P1 + P2.

Ensure: P 0

2 ← 2 · P2.

Point Addition 1: X1 ← X1 · Z2 2: Z1 ← Z1 · X2 3: T1 ← X1 · Z1 4: Z1 ← Z1 + X1 5: Z1 ← Z1 · Z1 6: X1 ← x · Z1 7: X1 ← X1 + T1 Point Doubling 8: X2 ← X2 · X2 9: Z2 ← Z2 · Z2 10: T1 ← Z2 · c 11: Z2 ← Z2 · X2 12: T1 ← T1 · T1 13: X2 ← X2 · X2 14: X2 ← X2 + T1 Ensure: P 0

2 ← P2 + P1.

Ensure: P 0

1 ← 2 · P1.

Point Addition 1: X2 ← X2 · Z1 2: Z2 ← Z2 · X1 3: T1 ← X2 · Z2 4: Z2 ← Z2 + X2 5: Z2 ← Z2 · Z2 6: X2 ← x · Z2 7: X2 ← X2 + T1 Point Doubling 8: X1 ← X1 · X1 9: Z1 ← Z1 · Z1 10: T1 ← Z1 · c 11: Z1 ← Z1 · X1 12: T1 ← T1 · T1 13: X1 ← X1 · X1 14: X1 ← X1 + T1

CorrelaPon ¡of ¡ConsecuPve ¡Rounds ¡

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CorrelaPon ¡of ¡ConsecuPve ¡Rounds ¡

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Revealing ¡Intermediate ¡Operands ¡

MSB ¡First ¡Mul$plier ¡

OpBi a4 a3 a2 a1 a0 c4 c3 c2 c1 c0 b3 b2 b1 b0 b4

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Revealing ¡Intermediate ¡Operands ¡

1 1 1 1 2 1 2 1 2 3 1 1 2 1 1 2 1 2 1 2 1 3 2 1 1 4 1 2 2 3

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Revealing ¡Intermediate ¡Operands ¡

Parameter N = 163 N = 256 d = 1 21 = 21 21 = 21 d = 2 2220.5×81 = 242.5 2220.5×127 = 265.5 d = 3 2330.75×54 = 267.2 2330.75×85 = 2104 d = 4 2440.5×4060.375×40 = 282.8 2440.5×6360.375×63 = 2128.1

Nsolutions = 2d · d Y

h=0

#(hd = h)p(hd=h) !d N

d e1

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SLIDE 21

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Revealing ¡Intermediate ¡Operands ¡

  • Correlate ¡with ¡an ¡ArithmePc ¡CombinaPon ¡of ¡

Intermediates ¡

  • ANack ¡Several ¡Intermediates ¡Simultaneously ¡ ¡

¡

  • Find ¡the ¡x-­‑Coordinate ¡ ¡

¡

  • Undo ¡the ¡ProjecPve ¡Coordinate ¡

RandomizaPon ¡

s F = f(OpB1, OpB2, . . .) s F = f(OpB1, OpB2, . . .)

xi = Xr · Z−1

r

= (λXi) · (λZi)−1 = X · Z−1

  • f Xr = X · λ
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SLIDE 22

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Conclusion ¡

  • InvesPgated ¡RFID-­‑suitable ¡ECC ¡Hardware ¡with ¡

– Montgomery ¡Ladder ¡ – Randomized ¡ProjecPve ¡Coordinates ¡ – Ephemeral ¡Scalars ¡

  • Several ¡PracPcal ¡ANack ¡Scenarios ¡were ¡

InvesPgated ¡

  • We ¡do ¡not ¡recommend ¡to ¡use ¡a ¡bit-­‑serial ¡

mul$plier ¡(d=1) ¡for ¡security-­‑cri$cal ¡ applica$ons! ¡

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SLIDE 23

Ins$tute ¡for ¡Applied ¡Informa$on ¡Processing ¡and ¡Communica$ons ¡(IAIK) ¡

¡ ¡ ¡ ¡Graz ¡University ¡of ¡Technology/Wenger, ¡Korak, ¡Kirschbaum ¡

23 ¡

Thank ¡you… ¡