迭代主成分分析在差分功耗分析中的應(yīng)用.pdf

1、旁路功耗分析憑借其對硬件電路的有效攻擊而成為硬件安全領(lǐng)域的研究重點。一方面,人們不斷推出新的旁路功耗分析方法,從簡單功耗分析、差分功耗分析到相關(guān)功耗分析和模板攻擊,各種旁路功耗分析方法層出不窮,其中差分功耗分析憑借其簡單的計算過程和良好的攻擊效果而被廣泛采用;另一方面,人們對已有的旁路功耗分析方法展開更深入的研究,差分功耗分析中噪聲的去除便是重要的研究方向之一。
　　差分功耗分析中真實的功耗信號往往被大量的噪聲淹沒,因此噪聲能否有

2、效的去除是其成功與否的關(guān)鍵。單純增加采樣曲線數(shù)目對噪聲的抑制不夠有效,而且實際攻擊中采樣曲線是有限的,不受限的增加采樣曲線數(shù)目不可行。因此,在采樣曲線數(shù)有限的前提下,如何最大程度的去除采樣信號中的噪聲成為了差分功耗分析研究中的重點。
　　差分功耗分析研究中常見去噪方法有多比特選擇函數(shù)法、濾波器法、高階累積量法和主成分分析方法等。這些方法中主成分分析方法擁有最出色的去噪表現(xiàn),但其計算過程中包含的輸入信號自相關(guān)矩陣的分解環(huán)節(jié)導(dǎo)致了高計

3、算復(fù)雜度和高存儲單元占用的問題,降低了主成分分析方法在實際應(yīng)用中的有效性。為解決這一問題,我們將迭代主成分分析方法引入差分功耗分析中,避開了輸入信號自相關(guān)矩陣的計算環(huán)節(jié)從而在計算復(fù)雜度和存儲單元占用上有了良好的改進(jìn)。我們將常見去噪方法與迭代主成分分析方法在差分功耗分析中的計算復(fù)雜度和存儲單元占用情況進(jìn)行了比較,迭代主成分分析方法的優(yōu)勢明顯。
　　在對迭代主成分分析方法的優(yōu)勢進(jìn)行討論的同時,我們也對其在差分功耗分析中存在的缺點進(jìn)行了

4、探討。迭代主成分分析方法在處理高維度復(fù)雜的功耗信號時在穩(wěn)定性和收斂性上存在不確定性。針對這一問題,我們通過對常用的NIC準(zhǔn)則進(jìn)行加權(quán)處理得到新的權(quán)重系數(shù)準(zhǔn)則,并基于該準(zhǔn)則得到改進(jìn)的迭代主成分分析方法,該方法可以保證迭代計算的穩(wěn)定性與收斂性。我們對改進(jìn)的迭代主成分分析方法在差分功耗分析中的有效性進(jìn)行了實驗驗證,并計算得到該方法中權(quán)重系數(shù)矩陣與輸入信號統(tǒng)計特征間的關(guān)系。基于這一關(guān)系,我們在差分功耗分析的預(yù)處理階段根據(jù)采樣信號得到權(quán)重系數(shù)矩陣

5、,而在實際攻擊階段,我們利用此權(quán)重系數(shù)矩陣完成攻擊分析。
　　為了使得研究內(nèi)容有切實可靠的實驗數(shù)據(jù)作為保障,我們搭建了旁路功耗分析的測試平臺,通過實驗數(shù)據(jù)對常見去噪方法與改進(jìn)的迭代主成分分析方法對應(yīng)的差分功耗分析結(jié)果進(jìn)行了綜合性的比較分析,比較的指標(biāo)包括了計算復(fù)雜度、存儲單元占用、成功攻擊率、峰值比和信噪比五項。改進(jìn)的迭代主成分分析方法在將計算復(fù)雜度與存儲單元占用降低4至5個數(shù)量級(各方法中最優(yōu))的情況下依然保證了89.1％的成功