分组密码作为一种主流的加密手段,有着易于商业标准化、适用性强、密钥信息不需要同步、扩散性良好等优点,在各种安全设备中得到了广泛的应用。未受保护的密码算法在密码设备中运行时很容易遭受到侧信道的攻击,从而威胁到密码设备的安全性。如何提高现有侧信道攻击的效率和针对攻击做出相应的防护是目前国内外研究的热点和难点。本文基于国际主流密码算法AES和国密算法SM4的算法结构,研究相关功耗分析的优化方法;并研究了美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology NIST）第二轮入围密码算法KNOT的掩码防护方案和安全性评估。主要工作如下:1、提出一种针对AES密码算法的相关功耗分析新方法:基于AES算法在串行实现条件下功耗轨迹的特征,利用功耗攻击过程中S盒输出中间值汉明重量分配不均匀的性质,将中间值的汉明重量进行分类。对候选密钥选择区分比较大的一组汉明重量与其对应明文的功耗轨迹,再结合分别猜测法对功耗轨迹进行预处理来恢复密钥信息。在AT89S52芯片上实验表明:采用上述方法仅需9条明文和对应功耗轨迹即可以90%的成功率正确恢复出AES的单个字节密钥,计算复杂度仅为已有相关功耗分析的4.1%,提升了相关功耗分析的效率。2、提出一种针对SM4算法的二次选择明文功耗分析方法:针对并行实现条件下对密码算法进行相关功耗分析时,容易受到噪声干扰的问题。本文首先固定明文的若干比特进行单次选择明文,以减少其他字节信息对被攻击密钥字节的影响,其次在相关功耗分析时对候选密钥选择区分比较大的一组明文的二次选择明文功耗分析方法。在SAKURA-G开发板上实验结果表明:采用经典相关分析分析出SM4单个字节密钥信息需要1260条功耗轨迹,采用单次选择明文攻击需要780条功耗轨迹,而本文的二次选择明文功耗分析仅需536条功耗轨迹即可恢复出正确密钥。3、提出一种针对KNOT算法的一阶门限掩码方案:基于KNOT算法的结构和S盒代数次数性质,利用S盒分解技术,提出一种对KNOT算法的S盒进行代数次数降低后,再对其进行掩码的防护方案。t测试检测结果表明:该掩码方案能够减少功耗信息的泄露,从而有效地抵抗侧信道攻击。