[發(fā)明專利]使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對原始側(cè)信道數(shù)據(jù)進(jìn)行端到端攻擊的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110406620.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113158181B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸相君;谷大武;陸海寧;沙偉燕;張佩
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F21/55
• 分類號: G06F21/55;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對原始側(cè)信道數(shù)據(jù)進(jìn)行端到端攻擊的方法，通過構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并使用任意原始側(cè)信道數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，并從中隨機不超過其中50％的數(shù)據(jù)作為驗證集，訓(xùn)練過程中使用交叉熵作為損失函數(shù)，當(dāng)驗證數(shù)據(jù)集上的損失函數(shù)數(shù)值開始上升時，停止訓(xùn)練；使用訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在攻擊數(shù)據(jù)集上開展攻擊，即將攻擊數(shù)據(jù)集輸入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)將返回每條側(cè)信道信息曲線的分類概率，根據(jù)多條側(cè)信道信息分類的概率值，利用最大似然估計，求得一組側(cè)信道信息背后密碼算法運行時的密鑰值；本發(fā)明能夠自動地在原始側(cè)信道曲線上發(fā)現(xiàn)并組合掩碼和中間值泄露，并利用組合后的信息直接進(jìn)行側(cè)信道攻擊，有效解決掩碼防護(hù)下進(jìn)行側(cè)信道攻擊困難的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種信息安全領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對原始側(cè)信道數(shù)據(jù)進(jìn)行端到端攻擊的方法，即直接對掩碼防護(hù)下未對齊的高維原始側(cè)信道數(shù)據(jù)進(jìn)行側(cè)信道攻擊。

背景技術(shù)

側(cè)信道分析主要是基于物理特征的分析技術(shù)，包括功耗分析，電磁分析，錯誤分析，時間分析等等，其中功耗分析是指通過分析密碼運算過程中呈現(xiàn)的電流/電壓變化得出功耗的變化，進(jìn)而將功耗與密鑰信息聯(lián)系起來，最終獲取密鑰信息。其進(jìn)一步包括簡單功耗分析(SPA)和差分功耗分析(DPA)：SPA是指根據(jù)功耗曲線上所呈現(xiàn)的特殊特征來推測密鑰信息，DPA利用的是操作數(shù)的變化所引起的微小的功耗變化，需要通過對大量功耗曲線進(jìn)行統(tǒng)計分析才能得出密鑰信息。電磁分析與功耗分析類似，只是獲取曲線的方式有別。錯誤分析是利用錯誤結(jié)果進(jìn)行分析得出密鑰信息的分析技術(shù)。時間分析是指有的算法運行時間會因密鑰的不同而不同，因而可以通過運行時間來推測密鑰。

現(xiàn)有的隨機掩碼防護(hù)方法(masking)采用隨機數(shù)掩蓋運算過程中的真實數(shù)據(jù)，以此阻止攻擊者找到中間值和側(cè)信道信息的直接相關(guān)關(guān)系。此時隨機掩碼和中間值依然會在側(cè)信道信息中泄露，但由于掩碼的隨機性，攻擊者無法直接定位它們的位置，致使攻擊代價大幅提高。由于所述掩碼的存在，在實際分析中進(jìn)行直接的特征點選擇是不可行的，而結(jié)合不同位置功耗點的高階攻擊會因為原始曲線過長而消耗大量存儲資源(隨掩碼階數(shù)增長呈指數(shù)增長)，也不可行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對原始側(cè)信道數(shù)據(jù)進(jìn)行端到端攻擊的方法，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)直接對掩碼防護(hù)下未對齊高維原始側(cè)信道信息進(jìn)行攻擊，能夠自動地在原始側(cè)信道曲線上(無需預(yù)先時序?qū)R或降維)發(fā)現(xiàn)并組合掩碼和中間值泄露，并利用組合后的信息直接進(jìn)行側(cè)信道攻擊，有效解決掩碼防護(hù)下進(jìn)行側(cè)信道攻擊困難的問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對原始側(cè)信道數(shù)據(jù)進(jìn)行端到端攻擊的方法，包括：

步驟1，構(gòu)建包括初級編碼器、高級編碼器、至少一個注意力機制單元以及分類器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于后續(xù)的訓(xùn)練和攻擊步驟。

所述的初級編碼器包括：局部連接網(wǎng)絡(luò)和卷積網(wǎng)絡(luò)，其中：局部連接網(wǎng)絡(luò)由一層局部連接層和整形(Reshape)層組成，卷積網(wǎng)絡(luò)包括至少一層卷積層和最大池化層。

所述的高級編碼器包括：兩個分別與初級編碼器的輸出端相連的長短期記憶(LSTM)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該兩個LSTM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別按照時間順序從前到后和從后到前遍歷數(shù)據(jù)。

所述的兩個LSTM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按照數(shù)據(jù)通道維度結(jié)合或按照時間維度結(jié)合，其中：按照數(shù)據(jù)通道維度結(jié)合時，中間特征向量的通道數(shù)量翻倍，時間步數(shù)量不變且兩個LSTM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共享一個批標(biāo)準(zhǔn)化(batch normalization)操作；按照時間維度結(jié)合時，中間特征向量的通道數(shù)量不變，時間步翻倍且兩個LSTM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別具有獨立的批標(biāo)準(zhǔn)化操作。