Análise de Ataques de Canal Lateral

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Ataques de canal lateral recuperam segredos observando "vazamentos" físicos ou micro-arquitetônicos que estão correlacionados com o estado interno, mas não fazem parte da interface lógica do dispositivo. Exemplos variam desde medir a corrente instantânea consumida por um cartão inteligente até abusar dos efeitos de gerenciamento de energia da CPU através de uma rede.

Principais Canais de Vazamento

Análise de Potência

Análise de Potência Simples (SPA)

Observe um único traço e associe diretamente picos/vales com operações (por exemplo, S-boxes DES).

# 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

Análise de Potência Diferencial/Corracional (DPA/CPA)

Adquira N > 1 000 traços, hipotetize o byte da chave k, compute o modelo HW/HD e correlacione com o leak.

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

CPA continua sendo o estado da arte, mas variantes de aprendizado de máquina (MLA, SCA de aprendizado profundo) agora dominam competições como ASCAD-v2 (2023).

Análise Eletromagnética (EMA)

Sondas EM de campo próximo (500 MHz–3 GHz) vazam informações idênticas à análise de potência sem inserir shunts. Pesquisas de 2024 demonstraram recuperação de chaves a >10 cm de um STM32 usando correlação de espectro e front-ends RTL-SDR de baixo custo.

Ataques de Tempo & Micro-arquiteturais

CPUs modernas vazam segredos através de recursos compartilhados:

• Hertzbleed (2022) – escalonamento de frequência DVFS correlaciona com peso de Hamming, permitindo extração remota de chaves EdDSA.
• Downfall / Gather Data Sampling (Intel, 2023) – execução transitória para ler dados AVX-gather através de threads SMT.
• Zenbleed (AMD, 2023) & Inception (AMD, 2023) – predição de vetor especulativa vaza registradores entre domínios.

Ataques Acústicos & Ópticos

• 2024 "​iLeakKeys" mostrou 95 % de precisão na recuperação de pressionamentos de teclas de laptop a partir de um microfone de smartphone via Zoom usando um classificador CNN.
• Fotodiodos de alta velocidade capturam atividade de LED DDR4 e reconstroem chaves de rodada AES em menos de 1 minuto (BlackHat 2023).

Injeção de Falhas & Análise de Falhas Diferenciais (DFA)

Combinar falhas com vazamento de canal lateral encurta a busca de chaves (por exemplo, DFA AES de 1 traço). Ferramentas recentes com preços de hobbyistas:

• ChipSHOUTER & PicoEMP – glitching de pulso eletromagnético sub-1 ns.
• GlitchKit-R5 (2025) – plataforma de glitch de clock/tensão de código aberto suportando SoCs RISC-V.

Fluxo de Trabalho Típico de Ataque

1. Identificar canal de vazamento e ponto de montagem (pino VCC, capacitor de desacoplamento, ponto de campo próximo).
2. Inserir gatilho (GPIO ou baseado em padrão).
3. Coletar >1 k traços com amostragem/filtros adequados.
4. Pré-processar (alinhamento, remoção de média, filtro LP/HP, wavelet, PCA).
5. Recuperação de chave estatística ou ML (CPA, MIA, DL-SCA).
6. Validar e iterar sobre outliers.

Defesas & Fortalecimento

• Implementações em tempo constante e algoritmos resistentes à memória.
• Mascaramento/shuffling – dividir segredos em partes aleatórias; resistência de primeira ordem certificada por TVLA.
• Ocultação – reguladores de tensão on-chip, clock randomizado, lógica de dupla trilha, escudos EM.
• Detecção de falhas – computação redundante, assinaturas de limiar.
• Operacional – desabilitar DVFS/turbo em núcleos criptográficos, isolar SMT, proibir co-localização em nuvens multi-inquilino.

Ferramentas & Frameworks

• ChipWhisperer-Husky (2024) – osciloscópio de 500 MS/s + gatilho Cortex-M; API Python como acima.
• Riscure Inspector & FI – comercial, suporta avaliação automatizada de vazamento (TVLA-2.0).
• scaaml – biblioteca SCA de aprendizado profundo baseada em TensorFlow (v1.2 – 2025).
• pyecsca – framework SCA ECC de código aberto da ANSSI.

Referências

• ChipWhisperer Documentation
• Hertzbleed Attack Paper