Side Channel Analysis Attacks

Reading time: 4 minutes

tip

Вивчайте та практикуйте AWS Hacking:HackTricks Training AWS Red Team Expert (ARTE)
Вивчайте та практикуйте GCP Hacking: HackTricks Training GCP Red Team Expert (GRTE) Вивчайте та практикуйте Azure Hacking: HackTricks Training Azure Red Team Expert (AzRTE)

Підтримайте HackTricks

Атаки на основі побічних каналів відновлюють секрети, спостерігаючи за фізичним або мікроархітектурним "витоком", який корелює з внутрішнім станом, але не є частиною логічного інтерфейсу пристрою. Приклади варіюються від вимірювання миттєвого струму, споживаного смарт-карткою, до зловживання ефектами управління енергією ЦП через мережу.

Main Leakage Channels

ChannelTypical TargetInstrumentation
Power consumptionSmart-cards, IoT MCUs, FPGAsOscilloscope + shunt resistor/HS probe (e.g. CW503)
Electromagnetic field (EM)CPUs, RFID, AES acceleratorsH-field probe + LNA, ChipWhisperer/RTL-SDR
Execution time / cachesDesktop & cloud CPUsHigh-precision timers (rdtsc/rdtscp), remote time-of-flight
Acoustic / mechanicalKeyboards, 3-D printers, relaysMEMS microphone, laser vibrometer
Optical & thermalLEDs, laser printers, DRAMPhotodiode / high-speed camera, IR camera
Fault-inducedASIC/MCU cryptosClock/voltage glitch, EMFI, laser injection

Power Analysis

Simple Power Analysis (SPA)

Спостерігайте за однією траєкторією та безпосередньо асоціюйте піки/долини з операціями (наприклад, DES S-boxes).

python
# 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)

Отримайте N > 1 000 трас, гіпотезуйте байт ключа k, обчисліть модель HW/HD та корелюйте з витоком.

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

CPA залишається передовою технологією, але варіанти машинного навчання (MLA, глибоке навчання SCA) тепер домінують у змаганнях, таких як ASCAD-v2 (2023).

Електромагнітний аналіз (EMA)

Проби EM ближнього поля (500 МГц–3 ГГц) витікають ідентичну інформацію до аналізу потужності без вставлення шунтів. Дослідження 2024 року продемонструвало відновлення ключа на >10 см від STM32, використовуючи кореляцію спектра та недорогі RTL-SDR фронтенди.

Атаки на час та мікроархітектуру

Сучасні ЦП витікають секрети через спільні ресурси:

  • Hertzbleed (2022) – масштабування частоти DVFS корелює з вагою Хеммінга, що дозволяє віддалене витягування ключів EdDSA.
  • Downfall / Gather Data Sampling (Intel, 2023) – транзитне виконання для читання даних AVX-gather через потоки SMT.
  • Zenbleed (AMD, 2023) & Inception (AMD, 2023) – спекулятивне неправильне передбачення векторів витікає регістри між доменами.

Акустичні та оптичні атаки

  • 2024 "​iLeakKeys" показав 95 % точності відновлення натискань клавіш ноутбука з мікрофона смартфона через Zoom, використовуючи класифікатор CNN.
  • Швидкі фотодіоди захоплюють активність LED DDR4 і реконструюють AES раундові ключі за <1 хвилину (BlackHat 2023).

Впровадження помилок та диференційний аналіз помилок (DFA)

Комбінування помилок з витоками з бокового каналу скорочує пошук ключів (наприклад, 1-трасовий AES DFA). Останні інструменти за ціною хобі:

  • ChipSHOUTER & PicoEMP – спотворення електромагнітним імпульсом менше 1 нс.
  • GlitchKit-R5 (2025) – платформа для спотворення годинника/напруги з відкритим кодом, що підтримує RISC-V SoC.

Типовий робочий процес атаки

  1. Визначити канал витоку та точку монтажу (пін VCC, конденсатор декуплінгу, точка ближнього поля).
  2. Вставити тригер (GPIO або на основі шаблону).
  3. Зібрати >1 тис. трас з належним семплюванням/фільтрами.
  4. Попередня обробка (вирівнювання, видалення середнього, LP/HP фільтр, вейвлет, PCA).
  5. Статистичне або ML відновлення ключа (CPA, MIA, DL-SCA).
  6. Перевірити та ітеративно працювати з викидами.

Захист та зміцнення

  • Постійний час реалізації та алгоритми, стійкі до пам'яті.
  • Маскування/перемішування – розділити секрети на випадкові частки; сертифікована стійкість першого порядку TVLA.
  • Приховування – регулятори напруги на чіпі, випадковий годинник, двоє рейкової логіки, електромагнітні екрани.
  • Виявлення помилок – надмірні обчислення, порогові підписи.
  • Операційний – вимкнути DVFS/турбо в криптографічних ядрах, ізолювати SMT, заборонити спільне розміщення в багатокористувацьких хмарах.

Інструменти та фреймворки

  • ChipWhisperer-Husky (2024) – осцилограф 500 MS/s + тригер Cortex-M; Python API як вище.
  • Riscure Inspector & FI – комерційний, підтримує автоматизовану оцінку витоків (TVLA-2.0).
  • scaaml – бібліотека глибокого навчання SCA на базі TensorFlow (v1.2 – 2025).
  • pyecsca – відкритий фреймворк ECC SCA ANSSI.

Посилання

tip

Вивчайте та практикуйте AWS Hacking:HackTricks Training AWS Red Team Expert (ARTE)
Вивчайте та практикуйте GCP Hacking: HackTricks Training GCP Red Team Expert (GRTE) Вивчайте та практикуйте Azure Hacking: HackTricks Training Azure Red Team Expert (AzRTE)

Підтримайте HackTricks