基于改进残差网络和数据增强技术的能量分析攻击研究

摘要：

近年来,深度学习技术广泛应用于侧信道攻击领域.本文提出了一种使用改进残差网络和数据增强技术,直接恢复密钥字节的能量分析攻击方法.首先将残差网络模型中的二维卷积核改进为适用于处理能量迹的一维卷积核,然后使用数据增强技术对原始能量迹增加高斯噪声和随机相位抖动,最后使用训练好的模型实现密钥恢复.通过实验对现场可编程逻辑门阵列(FPGA)实现的AES分组密码算法进行了攻击,使用"分而治之"的策略,对128比特密钥的最后8比特进行了恢复,该模型平均测试精度达到65.48％,与卷积神经网络(CNN)和多层感知器(MLP)神经网络相比,同等条件下测试精度分别提高了16.63％和54.27％,并在ASCAD公开数据库上对模型的性能进行评估.该模型使用数据增强技术解决了小样本训练问题,减少了训练过程中过拟合现象的发生,模型对噪声和相位抖动具有很强的鲁棒性,通过改进结构有效减少了模型参数和节省了计算资源,为密码芯片能量分析攻击提供了一种新的思路.

关键词：能量分析攻击、残差网络、数据增强、密码芯片、深度学习

所属期刊栏目：7

分类号：TP309.7(计算技术、计算机技术)

资助基金：河南省网络密码技术重点实验室开放基金LNCT2019-S02

在线出版日期：2020-09-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：551-564