Cổng đảo đại diện cho các phần tử bởi tất cả các phần tử CMOS được xây dựng
trên cơ sở các mạng “kéo lên” và “kéo xuống”. Hình 1.4 mô tả sơ đồ cổng đảo bao
gồm một transistor kênh P và một transistor kênh N. Đối với các cổng phức hợp sẽ sử dụng nhiều PMOS và NMOS. Điện năng tiêu thụ của một cổng đảo được chia làm hai phần. Phần thứ nhất là điện năng tiêu thụ tĩnh , chỉ có khi không có chuyển trạng thái trong phần tử và phần thứ hai là điện năng tiêu thụ động được sinh ra nếu một tín hiệu bên trong hoặc một tín hiệu đầu ra của nó thực hiện chuyển trạng thái. Tổng điện năng tiêu thụ của mạch điện ( ) tổng điện năng tiêu thụ của các
phần và , = + . Phần điện năng tiêu thụ tĩnh sinh ra do
dòng rò và thường rất nhỏ. Phần đóng góp chính trong điện năng tiêu thụ của mạch là điện năng tiêu thụ động được tính dựa trên số các phần tử chuyển trạng thái trong
mạch điện và được xác định bởi biểu thức (1.2). Trong đó, là tần số clock, là trở
kháng tải, là hệ số hoạt động của phần tử, và là điện áp nguồn cấp. Hệ số được sử dụng để mô tả số phần tử chuyển trạng thái trong mạch.
= . . . 2
Phần điện năng tiêu thụ động của mạch điện sẽ phụ thuộc vào số lượng các phần tử logic chuyển trạng thái trong mạch và do đó nó phụ thuộc vào dữ liệu và phép toán đang được mạch thực hiện. Và đây là cơ sở của tấn công phân tích điện năng tiêu thụ, đó là thu thập, phân tích điện năng tiêu thụ qua đó có thể xác định được dữ liệu thiết bị xử lý. Nếu đây là thiết bị mật mã, xử lý dữ liệu khóa thì người tấn công có thể biết được khóa của thiết bị. Chi tiết về các thành phần của vết điện năng tiêu thụ trong ngữ cảnh tấn công phân tích điện năng tiêu thụ được mô tả trong [35].
1.3.2. Phương pháp đo điện năng tiêu thụ
Để thực thi tấn công phân tích điện năng tiêu thụ, vết điện năng tiêu thụ của thiết bị cần được thu thập và lưu trữ. Sơ đồ đo vết điện năng tiêu thụ và các điểm đo
trên thiết bị cần tấn công cho bởi Hình 1 . 5 , trong đó có các thiết bị như thiết bị cần
tấn công (DUT), máy hiện sóng số, và máy tính.
Thiết bị cần tấn công: Đây là thiết bị mật mã cần tấn công hoặc đánh giá độ an toàn. Thiết bị mật mã thường cung cấp một giao diện truyền thông với PC. Giao diện này có thể sử dụng để gửi các lệnh tới DUT để thực hiện thuật toán mã hóa. Trong trường hợp này, PC gửi các dữ liệu tới DUT, DUT mã hóa dữ liệu này và gửi trả lại bản mã cho PC.
Máy hiện sóng số: Vết điện năng tiêu thụ được cung cấp bởi mạch đo cần được ghi lại. Hầu hết các thiết bị đo được sử dụng là máy hiện sóng kỹ thuật số. Một số yêu cầu về máy hiện sóng sử dụng trong cho tấn công là có tần số lấy mẫu cao, có thể điểu khiển bởi PC qua một giao diện USB hoặc một giao diện kết nối Internet. Để đo vết điện năng tiêu thụ, các đầu đo
của máy hiện sóng được sử dụng để kết nối tới các điểm đo của DUT các điểm như trên Hình
1 . 5b,c, tùy thuộc vào vị trí đặt điện trở 1. Giá trị của điện trở này thường sử dụng từ 1Ω −
50Ω và không ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị.
PC: Máy tính điều khiển quá trình hoạt động DUT, máy hiện sóng, lưu vết điện
năng tiêu thụ đo được từ máy hiện sóng số gửi tới. Máy tính có đủ khả năng tính toán, truyền thông với thiết bị mật mã và máy hiện sóng. Do vậy, không có đòi hỏi đặc biệt nào đối với thành phần này.
DSO
Máy hiện sóng số