Combining traditional and applied cryptanalyses : a study on SIMON, PRESENT and SIMECK

Pervasivity of embedded devices for IoT (i.e. Internet of Things) applications has increased the need for encryption of sensitive information. In this context lots of lightweight block ciphers have been developed in order to protect low-powered devices without giving up confidentiality and high encryption throughput. However mathematical-provable security is not enough to avoid leakage of information from these devices, indeed in the late 90s some researchers showed that power consumption and electromagnetic emissions can leak information on the master key of cryptographic devices. These attacks are called side-channel attacks and plenty of countermeasures have been developed in the current decade. Most of today's countermeasures are based on masking techniques. In this master's thesis we will derive a new technique based on algebraic and differential cryptanalysis along with side-channel information in order to attack partially masked implementations of some lightweight block ciphers: SIMON, PRESENT and SIMECK.

La pervasività dei dispositivi embedded per applicazioni nell'IoT (Internet of Things) ha generato la necessità di cifrare le informazioni sensibili provenienti da questi dispositivi. In questo contesto sono stati sviluppati molti cifrari a blocchi leggeri in modo da proteggere dispositivi a basso consumo energetico senza rinunciare alla confidenzialità e alla velocità di cifratura offerte dai cifrari più noti. Tuttavia, dimostrare che un cifrario è matematicamente sicuro non è sufficiente a garantire che questi dispositivi non rilascino informazioni, infatti alla fine degli anni '90 alcuni ricercatori hanno dimostrato che il consumo di potenza e le emissioni elettromagnetiche di questi dispositivi possono rivelare informazioni utili sulla chiave utilizzata. Questi attacchi sono chiamati side-channel attacks e nell'ultimo decennio sono state sviluppate parecchie contromisure. Molte delle contromisure odierne sono basate sulle tecniche di masking. In questa tesi definiremo una nuova tecnica basata sulle crittanalisi algebrica e differenziale insieme alle informazioni provenienti dai side-channel in modo da attaccare implementazioni parzialmente mascherate di alcuni cifrari a blocchi leggeri: SIMON, PRESENT e SIMECK.