サイドチャネル分析攻撃

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サイドチャネル攻撃は、内部状態と相関のある物理的またはマイクロアーキテクチャの「漏洩」を観察することによって秘密を回復しますが、デバイスの論理インターフェースの一部ではありません。例としては、スマートカードが消費する瞬時の電流を測定することから、ネットワーク上でのCPUの電力管理効果を悪用することまで多岐にわたります。

主な漏洩チャネル

電力分析

シンプル電力分析 (SPA)

単一のトレースを観察し、ピーク/谷を操作 (例: DES Sボックス) に直接関連付けます。

# ChipWhisperer-husky example – capture one AES trace
from chipwhisperer.capture.api.programmers import STMLink
from chipwhisperer.capture import CWSession
cw = CWSession(project='aes')
trig = cw.scope.trig
cw.connect(cw.capture.scopes[0])
cw.capture.init()
trace = cw.capture.capture_trace()
print(trace.wave)  # numpy array of power samples

Differential/Correlation Power Analysis (DPA/CPA)

N > 1 000 トレースを取得し、キー バイト k を仮定し、HW/HD モデルを計算して漏洩と相関させます。

import numpy as np
corr = np.corrcoef(leakage_model(k), traces[:,sample])

CPAは最先端の技術ですが、機械学習のバリアント（MLA、深層学習SCA）がASCAD-v2（2023）などの競技会で支配的になっています。

電磁分析 (EMA)

近接場EMプローブ（500 MHz–3 GHz）は、シャントを挿入せずに電力分析と同じ情報を漏洩します。2024年の研究では、スペクトル相関と低コストのRTL-SDRフロントエンドを使用して、>10 cmの距離からSTM32のキー回復が実証されました。

タイミングおよびマイクロアーキテクチャ攻撃

現代のCPUは共有リソースを通じて秘密を漏洩します：

• Hertzbleed (2022) – DVFS周波数スケーリングがハミング重みと相関し、リモートでEdDSAキーを抽出可能にします。
• Downfall / Gather Data Sampling (Intel, 2023) – 一時的実行を使用して、SMTスレッド間でAVX-gatherデータを読み取ります。
• Zenbleed (AMD, 2023) & Inception (AMD, 2023) – 投機的ベクトル誤予測がクロスドメインでレジスタを漏洩します。

音響および光学攻撃

• 2024年の「iLeakKeys」は、スマートフォンのマイクを介してZoomでラップトップのキーストロークを95%の精度で回復することを示しました。
• 高速フォトダイオードはDDR4アクティビティLEDをキャプチャし、AESラウンドキーを1分未満で再構築します（BlackHat 2023）。

フォルトインジェクションおよび差分フォルト分析 (DFA)

フォルトとサイドチャネル漏洩を組み合わせることで、キー検索をショートカットします（例：1トレースAES DFA）。最近のホビー向け価格のツール：

• ChipSHOUTER & PicoEMP – サブ1 nsの電磁パルスグリッチ。
• GlitchKit-R5 (2025) – RISC-V SoCをサポートするオープンソースのクロック/電圧グリッチプラットフォーム。

典型的な攻撃ワークフロー

1. 漏洩チャネルとマウントポイントを特定する（VCCピン、デカップリングキャップ、近接場スポット）。
2. トリガーを挿入する（GPIOまたはパターンベース）。
3. 適切なサンプリング/フィルターで>1 kトレースを収集する。
4. 前処理（アライメント、平均除去、LP/HPフィルター、ウェーブレット、PCA）。
5. 統計的またはMLキー回復（CPA、MIA、DL-SCA）。
6. 外れ値を検証し、反復する。

防御および強化

• 定数時間実装およびメモリハードアルゴリズム。
• マスキング/シャッフル – 秘密をランダムなシェアに分割；第一階の抵抗はTVLAによって認証されています。
• 隠蔽 – チップ上の電圧レギュレーター、ランダム化されたクロック、デュアルレールロジック、EMシールド。
• フォルト検出 – 冗長計算、しきい値署名。
• 運用 – 暗号カーネルでDVFS/ターボを無効にし、SMTを隔離し、マルチテナントクラウドでの共存を禁止します。

ツールおよびフレームワーク

• ChipWhisperer-Husky (2024) – 500 MS/sスコープ + Cortex-Mトリガー；上記のPython API。
• Riscure Inspector & FI – 商用、自動漏洩評価（TVLA-2.0）をサポート。
• scaaml – TensorFlowベースの深層学習SCAライブラリ（v1.2 – 2025）。
• pyecsca – ANSSIオープンソースECC SCAフレームワーク。

参考文献

• ChipWhisperer Documentation
• Hertzbleed Attack Paper