Improving side-channel resistance of Java Card implementations

Bc. Veronika Hanulíková

Diplomová práce

Anotace:

Technologie Java Card umožňuje běh appletů implementovaných v jazyce Java v zabezpečeném prostředí čipových karet. Navzdory zabudovaným bezpečnostním prvkům však tyto karty zůstávají zranitelné vůči útokům postranními kanály. Tato práce se konkrétně zabývá časovými odchylkami, které mohou způsobit únik citlivých informací prostřednictvím postranního kanálu založeného na čase. V této diplomové práci představujeme komplexní metodiku pro detekci a vyhodnocování úniku časového postranního kanálu v implementacích pro platformu Java Card. Práce také implementuje přesné časové profilování založené na analýze odběrových křivek, integrované jako nový profilovací režim v rámci existujícího nástroje JCProfilerNext. Efektivita navržené metodiky je demonstrována její aplikací na reálnou implementaci appletu Java Card. Práce dále analyzuje strategie vedoucí ke zmírnění zranitelností založených na únicích časového postranního kanálu na platformě Java Card, včetně reimplementace matematické knihovny JCMathLib do časově-konstantní podoby.

Abstract:

Java Card technology allows Java-based applications to run in a secure environment on smart card devices. Despite their built-in security features, these cards remain vulnerable to side-channel attacks. Specifically, this thesis addresses the time variations that can cause sensitive information leakage through a time side-channel. We introduce a comprehensive methodology for detecting and evaluating timing side-channel leaks within Java Card implementations. The thesis also presents precise time profiling based on Simple Power Analysis (SPA), integrated as a new profiling mode within the Java Card performance profiler, JCProfilerNext. The effectiveness of the proposed methodology is demonstrated through its application to a real-world Java Card applet implementation. Furthermore, the thesis investigates mitigation strategies for time-based side-channel vulnerabilities on the Java Card platform, including the constant-time reimplementation of the mathematical library, JCMathLib.

Keywords

smart cards, Java Card, side-channel, constant-time cryptography, timing analysis

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 5. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 17. 6. 2025
• Vedoucí: doc. RNDr. Petr Švenda, Ph.D.
• Oponent: PhD Lukasz Michal Chmielewski

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Počítačové systémy, komunikace a bezpečnost / Informační bezpečnost