Overview
컴퓨터 시스템의 물리적 구현에서 부수적인 정보를 사용하여 시스템의 정보를 얻는 공격 기법
전력 소비, 전자파, 소음, 지연 시간 등이 포함되며, 암호화 알고리즘, 스마트 카드, IoT 기기 등 다양한 분야에서 공격이 가능하다.
물리채널을 이용한 부채널 분석에 대한 대응 기술을 반드시 고려해야한다.
암호화와 부채널에 대응하는 고신뢰 보안 고려가 필요하다.
공격 기법
공격타입 | 공격기법 | 내용 |
전력 분석 공격 | Simple Power Analysis (SPA) | 하나의 측정된 소비 측정의 패턴 분석 (RSA 암호 알고리즘 등) |
Differential Power Analysis (DPA) | 여러 번 측정된 소비 측정을 통해 전력 소비 패턴을 통계적 분석 | |
Correlation Power Analysis (CPA) | 전력 소비와 모델링된 전력 소비(Hamming Weight)의 상관 관계 | |
시간 분석 | Timing Attack | 입력 데이터나 비밀 키에 따라 처리시간이 달라지는 현상을 이용 |
Cache Timing Attack | 캐시 메모리 접근 패턴을 분석하여 비밀 추출, Flush+Reload, Prime+Probe 등의 기법이 있음 | |
Branch Predicition (BP) | 분기 예측기의 상태와 실행 시간 차이를 이용 | |
Network Timing Attack | 네트워크 요청/응답 시간의 차이를 이용 | |
오류주입 | Voltage Glitching | 전압을 순간적으로 변동시켜 회로의 비정상적인 동작 유도 |
Clock Glitching | 클럭 신호를 변동시켜 회로의 비정상적인 동작 유도 | |
Laser Fault Injection | 레이저로 회로의 특정 부분에 오류 주입 | |
EMFI | 전자기파로 회로의 동작 방해 | |
Thermal Fault Injection | 온도 변화로 회로의 비정상적인 동작 유도 | |
Radiation Fault Injection | 고에너지 복사선을 이용해 회로의 트랜지스터, 메모리셀에 오류 주입 | |
Scattered Glitching | 여러 위치에 분산된 글리치를 주입 | |
소리분석 | 키 입력 소리 분석 | 키보드 타이핑 소리를 분석 |
프린터 소리 분석 | 프린터 동작 소음을 분석하여 출력된 문서 내용 추측 | |
신기하고 재미있는 부채널 소식
키 입력 소리 분석은 검증이 필요할 거 같지만, 정말로 real world에서 완벽한 정확도를 가진다면 무서울 거 같다.
A Practical Deep Learning-Based Acoustic Side Channel Attack on Keyboards
넓은 의미로 가면 위성 도청또한 부채널에 속한다.
그중 중요한 전력 분석 공격 더보기
SPA 예시
특징 | DPA | CPA |
통계적 접근 방법 | 평균 차이를 계산하여 특정 비트의 전력 소비 차이 평가 | 상관 계수 계산으로 전력 소비 패턴과 중간 값 간의 상관 관계 평가 |
전력 소비 모델 | Hamming Weight, Hamming Distance | Hamming Weight |
전력 분석이 가능한 이유?
전자기기나 칩이 작동할 때 소비되는 전력이 입력 데이터와 내부 연산 과정에 따라 달라지기 때문이다.
전력 소비 패턴을 분석하면 암호화 알고리즘 내부의 상태나 비밀 키같이 중요한 정보를 추출할 수 있다.
1. 연산 과정에 따른 전력 소비 변화
암호화 알고리즘의 경우 XOR, Multiply, Addition 등 다양한 연산을 수행하는데 각각 고유의 전력 소비 패턴을 갖고 있다.
특정 연산이 수행될 때 소비되는 전력을 측정하면, 그 연산이 무엇인지 추론할 수 있다.
2. 데이터 종속성
많은 암호화 알고리즘에서 연산 과정 중에 사용되는 데이터 값에 따라 전력 소비가 달라진다. 공격자는 소비 패턴을 통해 데이터 값의 변화를 추적할 수 있다.
Threat 예시
유럽 교통카드 해킹
https://www.iacr.org/archive/ches2011/69170208/69170208.pdf
한국 ATM 해킹 시현
Kernel Code의 원리를 이용한 Cache Timing Attack : Spectre & Meltdown
CPU DVFS 주파수 쓰로틀링을 이용한 hertzbleed
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