[發(fā)明專利]一種基于遺傳算法的功耗攻擊高效篩選方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110548000.5
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113128133B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李浪;劉嘉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 衡陽師范學(xué)院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/00;G06N3/12;G06F111/08;G06F119/06
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種基于遺傳算法的功耗攻擊高效篩選方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：從密碼設(shè)備上采集功耗泄露信息，形成原始數(shù)據(jù)；所述的功耗泄露信息包括：加密過程中第一輪所有S盒的功耗之和以及每個S盒的功耗；

步驟2：確定遺傳算法的參數(shù)以及適應(yīng)度函數(shù)；包括：交叉參數(shù)Pc、變異參數(shù)Pm和一個種群所包含的密鑰個體數(shù)N；適應(yīng)度函數(shù)為相關(guān)性系數(shù)公式；

步驟3：初始化N個隨機(jī)密鑰作為第一代種群，然后與明文一同輸入密碼算法，計(jì)算得到中間值；

步驟4：使用適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算種群中個體的適應(yīng)度；對N個個體都進(jìn)行個體適應(yīng)度的計(jì)算，如果存在適應(yīng)度等于的1個體即為正確密鑰并結(jié)束整個方法，如果不存在正確密鑰，則進(jìn)入步驟5；

步驟5：使用適應(yīng)度函數(shù)去計(jì)算每個個體的字節(jié)的適應(yīng)度，如果字節(jié)的適應(yīng)度等于1，則說明該字節(jié)為正確字節(jié)，并將該字節(jié)位置上的字節(jié)替換其他個體上相同位置上的字節(jié)；當(dāng)遍歷完所有個體后，如果得到所有字節(jié)適應(yīng)度均為1的個體則為正確密鑰并結(jié)束整個方法，否則進(jìn)入步驟6；若所有個體均不存在正確密鑰字節(jié)，則直接進(jìn)入步驟6；

步驟6：采用競賽選擇法選擇優(yōu)良個體；隨機(jī)選出少于原種群中個體數(shù)量的多個密鑰個體進(jìn)行適應(yīng)度的比較，最后選擇最高適應(yīng)度的所對應(yīng)的個體作為下一代種群中的個體，重復(fù)執(zhí)行直到構(gòu)成一個與原種群個體數(shù)量相等的新種群，進(jìn)入步驟7；

步驟7：進(jìn)行交叉互換；隨機(jī)選擇兩個個體，再隨機(jī)選擇這兩個個體上同一位置的比特，并判斷該比特是否在正確字節(jié)中，如果在正確字節(jié)中，就重新選擇兩個沒有被選擇過的個體；如果不在正確字節(jié)中，就產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)，判斷隨機(jī)數(shù)是否小于設(shè)定交叉參數(shù)，如果小于，則交換這兩個比特，否則不進(jìn)行交換；然后繼續(xù)選擇兩個沒有被選擇過的個體執(zhí)行，直到遍歷所有個體，進(jìn)入步驟8；

步驟8：進(jìn)行變異階段；對所有個體的每個字節(jié)都進(jìn)行變異，當(dāng)選中一個密鑰個體的一個字節(jié)時，先判斷其是否為正確字節(jié)，如果為正確字節(jié)，則跳過并對后一個字節(jié)進(jìn)行判斷；如果不是正確字節(jié)，則對該字節(jié)包含的比特進(jìn)行依次變異，即賦予當(dāng)前比特一個隨機(jī)數(shù)，如果隨機(jī)數(shù)小于變異參數(shù)，則對該比特執(zhí)行二進(jìn)制取反；否則不改變當(dāng)前比特并賦予下一個比特隨機(jī)數(shù)；直至遍歷所有個體；然后基于當(dāng)前的種群重復(fù)步驟4－8，直到得到正確密鑰或達(dá)到跳出循環(huán)條件后輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遺傳算法的功耗攻擊高效篩選方法，其特征在于，所述步驟1中采集功耗信息包括如下步驟：

步驟101：隨機(jī)產(chǎn)生預(yù)設(shè)個1位的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)來形成一條明文，產(chǎn)生多條明文并編號，同時讓指定密鑰與明文運(yùn)行加密算法得到密文，并采集所需要的功耗信息；采集的信息包括兩種功耗，一種是對S盒的輸出進(jìn)行整體的統(tǒng)計(jì)，并運(yùn)用漢明重量模型刻畫出來的功耗，視為一個功耗樣本，用來判斷是否恢復(fù)了正確密鑰；另一種是對每個S盒的輸出進(jìn)行單獨(dú)的統(tǒng)計(jì)，也用漢明重量模型進(jìn)行刻畫出來的功耗，視為另一個功耗樣本，用來判斷該字節(jié)是否為正確字節(jié)；兩種功耗的編號與對應(yīng)明文一致；

步驟102：重復(fù)步驟101，直到獲得預(yù)設(shè)數(shù)量的功耗泄露信息，并分別保存到兩個文件中，視為兩個矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于遺傳算法的功耗攻擊高效篩選方法，其特征在于，所述步驟2中確定參數(shù)以及適應(yīng)度函數(shù)包括以下步驟：

步驟201：確定交叉參數(shù)Pc，變異參數(shù)Pm，以及種群所包含的密鑰個體數(shù)N；是預(yù)先通過對Pc、Pm和N分別賦值后，基于本方法來計(jì)算已知的密鑰，并選擇運(yùn)算過程最快的Pc、Pm和N組合作為所選用的參數(shù)；

步驟202：適應(yīng)度函數(shù)為相關(guān)性系數(shù)：

其中r_i,j表示r矩陣中的一個元素，包含了列h_i和t_j的比較結(jié)果；h是用漢明重量模型刻畫得到的中間值矩陣，且h和t是兩個功耗樣本矩陣，分別是中間值矩陣和功耗矩陣，和分別代表兩個矩陣的第i列和第j列的平均值，h_d,i與t_d,j代表h矩陣和t矩陣第d行的第i個元素和第j個元素。