就在不久前，從嚴加隔離的計算機獲取信息還需要精密設(shè)備。在本人撰寫的專欄文章《嚴加隔離的計算機不再安全》中，美國喬治亞理工學(xué)院的研究人員解釋了僅僅使用自受攻擊計算機發(fā)出來的雜散的電磁邊信道信號，從計算機獲取擊鍵內(nèi)容有多簡單。

特拉維夫大學(xué)的幾位研究人員：Daniel Genkin、Lev Pachmanov、Itamar Pipman和Eran Tromer一致認為，這個過程很簡單。不過，科學(xué)家們提出了更高的要求，想弄清楚如何使用邊信道攻擊技術(shù)，獲取復(fù)雜的加密數(shù)據(jù)。

圖A：特拉維夫大學(xué)的幾位研究人員制作了這個獨立式的PITA接收器。

具體過程

在《使用無線電從PC竊取密鑰：針對窗口取冪運算發(fā)動低成本的電磁攻擊》文章中，研究人員解釋了他們?nèi)绾瓮ㄟ^在計算機中執(zhí)行的運算里面獲取關(guān)于秘密值的信息，從而破解數(shù)學(xué)安全的加密方案的解密密鑰。

團隊撰文道：“我們對RSA和ElGamal算法方案實施了新的邊信道攻擊，這些算法方案使用流行的滑動窗口或固定窗口(m-ary)模冪運算算法。即使攻擊GHz級處理器時，攻擊也能使用低測量帶寬(低于2 MHz的載波附近100 kHz以下的頻帶)，獲取解密密鑰。”

要是那說明不了太多，這可能有幫助：研究人員測量從計算機發(fā)出來的邊信道信號，只要短短幾秒，就能從GnuPG獲取密鑰。研究人員補充說：“測量成本很便宜、很小巧，使用隨處可得的組件。”運行這個道理，該大學(xué)研究團隊設(shè)計出了下列攻擊。

軟件定義無線電(SDR)攻擊：這包括捕獲邊信道信號的屏蔽環(huán)形天線，然后安裝在筆記本電腦上的SDR程序記錄信號。

便攜式跟蹤采集儀器(PITA)攻擊：研究人員使用可用的電子產(chǎn)品和食品(誰說學(xué)術(shù)人士就沒有幽默感?)，制作了圖A中所示的獨立式接收器。PITA接收器有兩種模式：在線模式和自主模式。

•在線模式：PITA通過無線網(wǎng)絡(luò)，連接到附近的觀測站，提供了實時流式傳輸數(shù)字化信號的功能。

•自主模式：類似在線模式，PITA先測量數(shù)字化信號，然后將它記錄到內(nèi)部microSD卡上，以便以后通過物理訪問或通過無線網(wǎng)絡(luò)來獲取。

消費者無線電攻擊：為了設(shè)計出一種成本還要低的攻擊手法，該團隊充分利用了已知的這一點：邊信道信號在1.7 MHz附近的載波頻率調(diào)制，這在AM無線電頻段范圍內(nèi)。作者解釋：“我們使用了普通的消費級無線電接收器來采集所需的信號，更換了磁探針和SDR接收器。然后，我們將該接收器連接到宏達電EVO 4G智能手機的麥克風(fēng)輸入端，以此記錄信號。”

密碼分析方法

這時候，神奇的一幕出現(xiàn)了。我得承認，要是闡述研究人員的做法將會是幫倒忙;我覺得，最好還是采用他們的密碼分析描述：

“我們的攻擊利用了這一事實，即在滑動窗口或固定窗口取冪例程中，可以部分預(yù)測密文冪表里面的值。通過制作一個合適的明文，攻擊者就能讓特定表項處的值具有一種特定的結(jié)構(gòu)。”

“這種結(jié)構(gòu)，結(jié)合GnuPG的基本乘法例程里面深處的控制流程方面的細微差異，只要出現(xiàn)乘以這個結(jié)構(gòu)化值，就會引起泄漏信號出現(xiàn)顯著變化。這讓攻擊者得以了解秘密指數(shù)里面的所有位置;在這些位置，特定表項由滑動窗口中的位模式來選擇。針對所有表索引重復(fù)這個過程就會泄露密鑰。”

圖B是張光譜圖，顯示了測得的冪與時間和頻率有關(guān)，通過記錄GnuPG，破解了使用不同的隨機生成的RSA密鑰的同一密文。研究團隊的解釋如下：

“很容易看出，每個解密的起始位置和結(jié)束位置(黃色箭頭)。請注意每個解密運算中間的變化，覆蓋幾個頻帶。這是由于，在內(nèi)部，每個GnuPG RSA解密都先取冪模秘密素數(shù)p，然后取冪模秘密素數(shù)q，我們就能看出這些階段之間的差異。”

“這每一對看起來不一樣，因為每個解密都使用不同的密鑰。所以在這個例子中，只要觀測解密過程中發(fā)出來的電磁信號，使用這個圖中的機制，我們就能辨別不同的秘密密鑰。”

圖B：光譜圖

有啥方法可以防止泄漏嗎?

盡管使用不便，但有一種解決辦法就是在法拉第罩中(Faraday cage)操作計算機，法拉第罩可以阻止任何雜散的信號逃逸。文章提到：“可以改動密碼軟件，還可以運用算法手段，讓發(fā)出來的信號對攻擊者來說用處不大。這些方法確保了算法行為與它收到的輸入無關(guān)。”

令人關(guān)注的是，這篇研究文章處理了邊信道攻擊方面的一個問題：“這是個硬件問題，那么何不修復(fù)設(shè)備?”

大致來說，研究人員提到：發(fā)出來的信號強度非常微弱，因而防止信號不切實際，原因在于：

•任何殘余的泄漏信號都常?？梢杂珊线m的操作加以放大，就像我們在選擇明文攻擊中所做的那樣;

•另外，信號泄漏常常是提升性能的必要機制不可避免的副作用。

另外值得關(guān)注的是，美國國家標準和技術(shù)研究所(NIST)認為，抵御邊信道攻擊的能力是考慮其SHA-3算法的一個重要的評估因素。

英文：Computer-stored encryption keys are not safe from side-channel attacks