Design and Implementation of a Fault Attack Platform for Smart IC Card
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Design and Implementation of a Fault Attack Platform for Smart IC Card 作作： Jun Guo, Liji Wu, Xiangmin Zhang, Xiangyu Li 作作： 2012 Eighth International Conference on Computational Intelligence and Security 作作作 作作作 ： 1
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Design and Implementation of a Fault Attack Platform for Smart IC Card. 作者： Jun Guo , Liji Wu, Xiangmin Zhang, Xiangyu Li 出處： 2012 Eighth International Conference on Computational Intelligence and Security 報告者：顏嘉穎. 大綱. 一、摘要 二、智慧 IC 卡介紹 三、平台的設計以及實作 四、系統驗證 五、結論. 一、摘要 (1/2). - PowerPoint PPT Presentation
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Design and Implementation of a Fault Attack Platform for Smart
IC Card
作者： Jun Guo, Liji Wu, Xiangmin Zhang, Xiangyu Li
出處： 2012 Eighth International Conference on Computational Intelligence and Security
報告者：顏嘉穎
大綱
一、摘要
二、智慧 IC 卡介紹
三、平台的設計以及實作
四、系統驗證
五、結論2
一、摘要 (1/2)
• 故障攻擊：注入故障 ( 錯誤 ) 到硬體之中，並竊取密鑰。
• 本研究將介紹並設計能夠對智慧 IC 卡發動故障攻擊之平台。
• 該平台包括 PC 端的控制軟體、智慧 IC 卡的接入介面、以及進行故障攻擊之電路。
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一、摘要 (2/2)
• 該平台可以製造電源與時脈的故障，並透過 PC 連接端口發送錯誤的密文到 PC 端。
• 透過 MATLAB 或者其他軟體來分析故障程式，並依此破解智慧 IC 卡的密鑰。
• 如此一來，智慧 IC 卡的安全性可以被驗證。
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二、智慧 IC 卡介紹 (1/4)
• 智慧卡內含一組安全密鑰，密鑰很可能被隱藏在 EEprom 或者 flash 內。
5圖：智慧卡的架構
二、智慧 IC 卡介紹 (2/4)
• 突波攻擊 (Glitch attacks) 是泛指針對智慧卡的相關頻率進行快速改變的攻擊。
• 這種攻擊有兩種類型：針對電壓或者針對時脈進行的攻擊。
• 這種攻擊很容易達成，而且不需要針對智慧卡進行逆向工程 (reverse
engineering) 。6
二、智慧 IC 卡介紹 (3/4)
• 智慧卡正在執行加密的命令時，若對智慧卡注入任何硬體的錯誤，智慧卡將可能會產生一個錯誤的密碼文件 (cipher
text) 。
• 錯誤的密碼文件將可能含有密鑰的訊息，這種攻擊方法即被稱為故障攻擊 (fault
attack) 。7
二、智慧 IC 卡介紹 (4/4)
• 當智慧 IC 的供電發生電源波動(fluctuates) 時，其中的電晶體的臨界電壓 (threshold voltage) 將會變化。
• 這將會導致微處理器得到一個錯誤的密碼文件，並且時脈也會比正常情況下更快。
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三、平台的設計以及實作 (1/7)
• 本平台由三個部分所組成： PC 端控制軟體、 DE2-115 FPGA 開發板、外圍電路
9圖：平台的架構
三、平台的設計以及實作 (2/7)
( 一 ) 、 PC 端控制軟體
1 、使用在 PC 上的控制軟體控制系統。
2 、透過 DE2 開發板的序列埠來進行通訊。
3 、將智慧卡的各種 APDU 指令發送到 PC
端。
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三、平台的設計以及實作 (3/7)
( 一 ) 、 PC 端控制軟體
11圖： PC 端控制軟體的介面圖
三、平台的設計以及實作 (4/7)
( 二 ) 、 DE2-115 開發板的開發平台開發板由兩個部分組成：智慧卡與讀取器。
12圖： DE2-115 開發板
三、平台的設計以及實作 (5/7)
( 二 ) 、 DE2-115 開發板的開發平台
13圖：平台軟體的流程圖
三、平台的設計以及實作 (6/7)
( 三 ) 、外圍電路
當加密命令執行時，可以透過數位類比轉換
晶片 (DAC converter chip) 來注入大量的突
波攻擊和故障攻擊。
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三、平台的設計以及實作 (7/7)
( 三 ) 、外圍電路
15圖：智慧卡故障攻擊的平台
四、系統驗證 (1/5)
16圖：故障平台外觀圖
四、系統驗證 (2/5)
17圖： PC 端控制軟體
四、系統驗證 (3/5)
( 一 ) 、電壓突波：
18圖：輸入突波的 VCC
四、系統驗證 (4/5)
( 二 ) 、時脈突波：
19圖：輸入時脈突波的狀況
四、系統驗證 (5/5)
( 二 ) 、時脈突波：1 、開發板內具有 50MHZ 的 Crystal
Clock 。2 、市面上部分的智慧卡，其工作範圍大約是1MHZ 到 6.25MHZ ，輸入電壓的範圍則是
0V到 5V 。3 、一些智慧卡在進行加密時，輸入電壓則會從 2.3C 變成 5V 。 20
五、結論與未來發展1 、本研究設計一能針對智慧卡進行故障攻擊之平台，借此可驗證智慧卡的安全性。2 、追加無線接口來讓該平台與非接觸式智慧卡 (contact-less smart card) 進行通訊。3 、 PC 端軟體，可追加數據處理演算法(background data processing
algorithm)來破解智慧卡的安全密鑰
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感謝聆聽
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