Modular exponentation method with protection against power analysis

Authors

DOI:

https://doi.org/10.18372/2073-4751.80.19774

Keywords:

power analysis attacks, simple power analysis, differential power analysis, modular exponentiation

Abstract

The article proposes a method of modular exponentiation on terminal microcontrollers, which provides protection against recovery of secret operands by power analysis. The method is based on the separation in time of processing of the exponent code bits and correspondent modular multiplication operations by storing the operands necessary for multiplication in memory. This prevents the comparison of the modular multiplications detected from the power consumption diagram with the values of the secret exponent code bits. A formalized procedure for modular exponentiation is presented, the functionality of which is illustrated by an example. A method for selecting the procedure parameters is developed in view of microcontroller embedded memory limitations.

It has been theoretically and experimentally proved by the proposed method, which provides protection against both simple and differential analysis of the power analysis without affecting the time of calculating the modular exponent.

References

Meneghello F. et al. IoT: Internet of Threats. A Survey of Practical Security Vulnerabilities in Real IoT Devices. IEEE Internet of Things Journal. 2019. Vol. 6, no. 5. P. 8182–8201. DOI: 11.1109/JIOT.2019.2935189.

Mangard S., Oswald E., Popp T. Power Analysis Attacks. Revealing the Secrets of Smart Cards. Springer, 2007. 338 p.

Standaert F-X. et al. An Overview of Power Analysis Attack Against Field Programmable Gate Arrays. Proceeding of the IEEE. 2006. Vol. 92, no. 2. Р. 383–394. DOI: 10.1109/JPROC 2005.862437.

Lerman L., Bontempi G., Markowitch O. Power analysis attack: An approach based on machine learning. International Journal of Applied Cryptography. 2014. Vol. 3, no. 2. Р. 134–148. DOI: 10.1504/IJACT.2014.062722.

Kocher P., Jaffe J., Jun B. Differential Power Analysis. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 1666. Advances in Cryptology - CRYPTO '99. 19th Annual International Cryptology Conference, Santa Barbara, California, USA, August 15-19, 1999 Proceedings / ed. by M. Wiener. Berlin, 1999. P. 388–397.

Messerges T. S., Dabbish E. A., Sloan R. H. Power Analysis Attacks of Modular Exponentiation in Smartcards. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 1717. Cryptographic Hardware and Embedded Systems. First International Workshop, CHES'99 Worcester, MA, USA, August 12-13, 1999 Proceedings / ed. by C. K. Koc, C. Paar. Berlin, 1999. P. 144–157.

Clavier C., Joye M. Universal exponentiation algorithm - A first step to toward provable SPA-resistance. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 2162. Cryptographic Hardware and Embedded Systems - CHES 2001 Third International Workshop, Paris, France, May 14-16, 2001 Proceedings / ed. by C. K. Koc, D. Naccache, C. Paar. Berlin, 2001. P. 300–308.

Shanmugham S. R., Paramasivam S. Survey on power analysis attacks and its impact on intelligent sensor networks. IET Wireless Sensor Systems. 2018. Vol. 8, no. 6. P. 295–304.

Prasad N. D., Avirneni, Somani A. K. Countering Power Analysis Attacks Using Realiable and Aggressive Designs. IEEE Transaction on Computers. 2014. Vol. 63, no. 6. P. 1408–1420. DOI: 10.1109/TC.2013.9.

Borges J. et al. A Secure Cloud Computing Method for Rapid Implementation of Cryptographic Data Protection in IoT. 2023 13th International Conference on Dependable Systems, Services and Technologies (DESSERT) : proceedings, Athens, Greece, 13–15 October 2023 / IEEE. 2023. P. 674–677. DOI: 10.1109/DESSERT61349.2023.10416477.

Русанова О. В., Гайдукевич О. В. Метод розподіленого модулярного експоненціювання на термінальних мікроконтролерах ІоТ з захищеним залученням хмарних обчислень. Проблеми інформатизації та управління. 2024. № 2(78). С. 91–103. DOI: 10.18372/2073-4751.78.18966.

Downloads

Published

2025-03-13

Issue

Vol. 4 No. 80 (2024)

Section

Статті

License

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).