采集usbkey運行功耗的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對USBKEY (通用串行總線接口口令盤)進行功耗采集領(lǐng)域，特別是涉及一種采集USBKEY運行功耗的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種采集USBKEY運行功耗的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]安全設(shè)備的加密算法在操作或者實現(xiàn)的過程中會不經(jīng)意的泄露一些信息，這些信息就稱作為旁路信息，對安全設(shè)備的旁路信息的采集和分析就稱為旁路攻擊。常見的旁路攻擊有如下幾種:時序攻擊、功耗分析、故障分析、電磁分析等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采集USBKEY運行功耗的系統(tǒng)，在不用破壞USBKEY硬件設(shè)備的情況下，即可有效的對USKBEY進行運行功耗采集；為此，本發(fā)明還要提供一種采集USBKEY運行功耗的方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的采集USBKEY運行功耗的系統(tǒng)，包括:一 PC(個人電腦)和一硬件接口 ；
[0005]所述PC通過第一 USB (通用串行接口)接口或串行接口與硬件接口中的MCU (微控制器)相連接；所述PC的第二 USB接口通過所述硬件接口與USBKEY相連接，其中第二 USB接口中的5V電源線在所述硬件接口中的延伸線路被斷開；所述USBKEY的電源由所述硬件接口提供；
[0006]所述硬件接口的采樣電阻一端與所述通用串行總線接口口令盤USBKEY的地線相連接，另一端與所述第二 USB接口中的地線在硬件接口中的延伸線路相連接；由所述PC和MCU協(xié)同工作，觸發(fā)示波器對USBKEY運行功耗信號采樣；所述硬件接口的采樣模塊通過所述采樣電阻對USBKEY進行運行功耗信號采集，并將采集的運行功耗信號傳送給所述示波器。
[0007]所述采集USBKEY運行功耗的方法，是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]將USBKEY通過一硬件接口與PC的第二 USB接口相連接；PC端的第二 USB接口的5V電源線到所述硬件接口時被斷開，USBKEY的電源由所述硬件接口提供；
[0009]對USBKEY進行運行功耗采集時對外部噪聲進行抑制；由所述PC和硬件接口的MCU協(xié)同工作，觸發(fā)示波器對USBKEY運行功耗信號采樣；通過所述硬件接口設(shè)備內(nèi)的采樣電阻對USBKEY進行運行功耗采集，并將采集的運行功耗信號傳送給所述示波器。
[0010]采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，無需破壞USBKEY的硬件設(shè)備，隔離了 PC端電源的干擾，并且抑制了外部電源的噪聲，實現(xiàn)對USBKEY運行功耗信息的采集。
[0011]本發(fā)明可用于對USBKEY進行功耗分析。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
[0013]圖1是采集USBKEY運行功耗的系統(tǒng)示意圖；
[0014]圖2是PC端觸發(fā)示波器采樣和驅(qū)動USBKEY流程圖；
[0015]圖3是MCU端觸發(fā)示波器采樣流程圖。
【具體實施方式】
:
[0016]參見圖1所示，所述采集USBKEY運行功耗的系統(tǒng)，包括一 PC和一硬件接口。
[0017]所述PC具有一第一 USB接口或串行接口 I和第二 USB接口 2。
[0018]所述硬件接口具有一 MCU、一隔離電源模塊4、一 USBKEY電源模塊5、一采樣模塊7、一采樣電阻Rl和具有一定容量的充電電容Cl。
[0019]所述PC的第一 USB接口或串行接口 I與MCU相連接。所述PC的第二 USB接口 2通過硬件接口與USBKEY相連接，其中第二 USB接口 2中的5V電源線在所述硬件接口中的延伸線路被斷開。外接電源3輸入所述隔離電源模塊4，該隔離電源模塊4輸出經(jīng)過隔離的電源并提供給所述USBKEY電源模塊5，該USBKEY電源模塊5輸出5V電壓提供給USBKEY使用。
[0020]所述采樣電阻一端與所述USBKEY的地線相連接，另一端與所述第二 USB接口 2中的地線在硬件接口中的延伸線路相連接；所述采樣模塊7通過采樣電阻Rl對USBKEY進行運行功耗信號采集，并將采集的運行功耗信號傳送給所述示波器。
[0021]為了采集USBKEY運行時的功耗，比如其執(zhí)行某些算法時的功耗，需要對USBKEY進行驅(qū)動，為了高效便捷的獲得理想的驅(qū)動，因此采用PC驅(qū)動USBKEY的方法。PC不僅提供了強大的協(xié)議支持[如:CCID (USB Chip/Smart Card Interface Devices-USB 芯片智能卡接口設(shè)備)、HID (人機接口設(shè)備)、Mass Storage (大容量存儲設(shè)備)、PC/SC (個人電腦/智能卡設(shè)備)等]，而且PC應用開發(fā)相對比較容易。為了獲取干擾較小的功耗信號，將USBKEY通過硬件接口與PC相連，并且USBKEY的電源不再使用PC端的電源，PC端的第二 USB接口2的5V電源線與硬件接口斷開，這樣就可以避免PC端電源的干擾。為了采集USBKEY運行時的功耗，在硬件接口內(nèi)增加采樣電阻Rl，只需要將USBKEY的地線通過采樣電阻Rl連接到硬件接口的隔離地就可以通過采樣電阻Rl采集USBKEY的運行功耗了。這樣做的好處是無需破壞USBKEY的硬件設(shè)備便可以進行功耗采集，這與通過破壞USBKEY硬件設(shè)備使用探針進行采集是個很大的優(yōu)勢。
[0022]對USBKEY進行運行功耗采集時需要抑制外部噪聲。由上所述可以知道，USBKEY的電源不再由PC端的第二 USB接口 2提供，而是由的硬件接口提供，硬件接口是通過外接電源3供電的，這樣外接電源3會將各種噪聲引入功耗采集系統(tǒng)。為了準確的獲取USBKEY的運行功耗信號需要對USBKEY的電源的外部噪聲進行抑制。一種比較好的方法就是如圖1所示，外接電源3經(jīng)過隔離電源模塊4輸出經(jīng)過隔離的電源，然后提供給USBKEY電源模塊5，使USBKEY電源模塊5輸出5V電源電壓提供給USBKEY使用。即使這樣外接電源3的噪聲也會通過隔離電源模塊4引入到功耗采集系統(tǒng)影響USBKEY的電源，為了解決這個問題需要在隔離電源模塊4與USBKEY電源模塊5之間增加適量的電容Cl，增加電容Cl的目的是讓隔離電源模塊4對電容Cl進行充電。當需要對USBKEY進行運行功耗采集時，可以切斷隔離電源模塊4的輸出，使用電容Cl的放電來維持耗功耗采集系統(tǒng)的工作。由于已經(jīng)切斷隔離電源模塊4的輸出，外接電源3的噪聲已經(jīng)得到了有效的抑制，因此之后的USBKEY的運行功耗采集比較精確。
[0023]對USBKEY進行運行功耗采集時需要對USBKEY功耗信號調(diào)節(jié)，包括功耗信號的偏移和增益。因為USBKEY的功耗信號通過采樣電阻Rl進行采樣是個微小的信號，需要在采樣電阻Rl輸出端接運算放大器來對采樣信號進行放大即增益調(diào)節(jié)。但是由于集成運算放大器的工作特性，增益過大可能導致信號失真，這樣就無法分析USBKEY的運行功耗，因此需要增益是可以調(diào)節(jié)的。同樣由于集成運算放大器的工作特性，對于采集的信號放大后將增益調(diào)節(jié)到最小值，采集信號仍然可能會出現(xiàn)失真的情況，這就需要采樣信號的偏移可以調(diào)節(jié)即偏移調(diào)節(jié)。比如信號的頂部出現(xiàn)失真，可以將信號整體向下偏移，這樣得到的信號就可能會恢復。同理底部出現(xiàn)失真時，可以將信號整體向上偏移。
[0024]觸發(fā)示波器對USBKEY功耗信號進行采樣。由于功耗信號的采集希望是可控的，即USBKEY在執(zhí)行某種算法的時候采集運行功耗信號，在USBKEY沒有操作的時候不采集功耗信號。由于USBKEY的工作是通過PC端驅(qū)動控制的，而示波器的觸發(fā)是由MCU控制的，當PC端驅(qū)動USBKEY執(zhí)行某種加密算法時MCU端何時觸發(fā)示波器進行采樣是個急需解決的問題。由于PC和MCU的控制并非同步，因此可以通過圖2和圖3所示的處理流程來對USBKEY運行功耗進行采集。分兩部分介紹:第一部分:PC端程序先通過第一 USB接口或串行接口 I給MCU發(fā)送一條需要觸發(fā)示波器進行采樣的命令，此命令帶有兩個參數(shù)，參數(shù)一為MCU收到此命令后需要延時的時間，之后再向示波器發(fā)出觸發(fā)波形；參數(shù)二為執(zhí)行此次命令時示波器需要采樣的時間長度；然后PC再驅(qū)動USBKEY運行某種加密算法。第二部分:在MCU端，首先等待PC端發(fā)送的等待延時觸發(fā)示波器的指令,當接收到延時觸發(fā)指令后，MCU開始計時，當MC