MulLeak：利用乘法指令泄露攻击Cortex-M4上的栈优化Kyber实现

摘要

CRYSTALS-Kyber作为NIST后量子密码标准化方案之一，近年来因其侧信道安全性受到研究者的广泛关注。先前研究已探索了多个攻击目标，但针对Cortex-M4栈优化实现中提取秘密信息的研究仍然较少，这主要是由于缺乏内存访问操作，增加了攻击难度。

本文重点关注乘法指令的泄露，并提出了一种新颖的基于周期级回归的泄露模型用于后续攻击。我们针对Cortex-M4栈优化实现的解密过程中的多项式乘法，提出了两种基于回归的分析攻击方法：利用已知密文和选择密文方法分别恢复秘密系数。后一种方法还可扩展到受保护的实现。

我们在pqm4仓库中的栈优化Kyber-768实现上进行的实际评估证明了所提出攻击方法的有效性。通过专注于配对点乘操作的泄露（特别是宏doublebasemul_frombytes_asm），我们在每次攻击中使用少量轨迹就成功恢复了所有秘密系数，成功率超过95%。这项研究揭示了后量子密码实现中对抗侧信道攻击的潜在漏洞，并为密码算法物理安全性的持续讨论做出了贡献。

关键词：后量子密码学，Kyber，线性回归，分析攻击，周期级功耗泄露

作者信息

黄帆：中国科学技术大学网络空间安全学院，合肥，中国
段晓林：中国科学技术大学网络空间安全学院，合肥，中国
胡成聪：中国科学技术大学网络空间安全学院，合肥，中国
郑梦策：浙江万里大学，宁波，中国
胡洪刚：中国科学技术大学网络空间安全学院，合肥，中国；合肥国家实验室，合肥，中国

出版信息

期刊：IACR Transactions on Cryptographic Hardware and Embedded Systems
卷期：2025年第2期
页码：23-68
DOI：https://doi.org/10.46586/tches.v2025.i2.23-68
发布日期：2025年3月4日
许可协议：Creative Commons Attribution 4.0 International License