Luận án Một số phương pháp tấn công phân tích điện năng tiêu thụ hiệu quả sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu và học máy

Tên luận án:

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TẤN CÔNG PHÂN TÍCH ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG KỸ THUẬT XỬ LÝ TÍN HIỆU VÀ HỌC MÁY

Ngành:

Kỹ thuật mật mã

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung nghiên cứu và đề xuất các phương pháp tấn công phân tích điện năng tiêu thụ hiệu quả đối với thiết bị mật mã, bao gồm cả thiết bị không có phòng vệ và có phòng vệ. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ việc các tấn công kênh kề (SCA), đặc biệt là phân tích điện năng tiêu thụ, đã chứng tỏ hiệu quả vượt trội so với các tấn công truyền thống trong việc khôi phục khóa bí mật từ các tín hiệu vật lý rò rỉ. Mặc dù các giải pháp chống SCA đã được phát triển, các thiết bị có phòng vệ vẫn có thể bị tấn công bởi các phương pháp bậc cao hoặc sử dụng học máy.

Để giải quyết thách thức nâng cao hiệu quả tấn công, luận án đã xây dựng ba phương pháp chính. Đối với thiết bị không có phòng vệ, luận án đề xuất phương pháp tấn công tương quan VMD-CPA, sử dụng kỹ thuật phân tích mode biến phân (VMD) để giảm nhiễu và trích chọn thông tin hữu ích. Phương pháp này giúp giảm số lượng vết điện năng tiêu thụ cần thiết để khôi phục khóa đúng khoảng 25% so với CPA truyền thống, và hiệu quả giảm hơn 50% khi các vết có nhiễu. Ngoài ra, phương pháp tấn công mẫu VMD-GSO-SVM được đề xuất, kết hợp VMD, thuật toán tối ưu GSO và máy véc-tơ hỗ trợ (SVM) để lựa chọn các điểm POIs (Points of Interest). Phương pháp này giảm số vết điện năng tiêu thụ để GE=0 (Guessing Entropy = 0) khoảng 40% trong điều kiện thường và 60% khi có nhiễu.

Đối với thiết bị có phòng vệ bằng mặt nạ, luận án giới thiệu phương pháp tấn công mẫu CNN-D, sử dụng kiến trúc mạng nơ-ron tích chập (CNNa) được thiết kế dựa trên đặc điểm POIs của thiết bị và tối ưu hóa tham số bằng thuật toán GWO. Phương pháp CNN-D này đã chứng minh khả năng giảm số lượng vết điện năng tiêu thụ cần thiết để khôi phục khóa đúng khoảng 23% so với kết quả tốt nhất được công bố trước đó.

Các kết quả thực nghiệm cho thấy các phương pháp đề xuất đều có hiệu quả vượt trội so với các phương pháp hiện có trong cùng điều kiện tấn công, góp phần làm giảm thời gian thực thi tấn công và cung cấp cơ sở thực tiễn để kiểm chứng khả năng tấn công trên các thiết bị mật mã cụ thể. Luận án mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về tấn công các thiết bị có phòng vệ bậc cao và xây dựng các giải pháp phòng vệ hiệu quả hơn.

Mục lục chi tiết:

• PHẦN MỞ ĐẦU

• CHƯƠNG 1: VỀ TẤN CÔNG PHÂN TÍCH ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ

  • 1.1. Một số khái niệm
  • 1.2. Giới thiệu về tấn công phân tích điện năng tiêu thụ
  • 1.3. Điện năng tiêu thụ của thiết bị mật mã
    • 1.3.1. Đặc điểm điện năng tiêu thụ của thiết bị mật mã
    • 1.3.2. Phương pháp đo điện năng tiêu thụ
    • 1.3.3. Mô hình điện năng tiêu thụ
  • 1.4. Các phương pháp tấn công phân tích điện năng tiêu thụ
    • 1.4.1. Phương pháp tấn công không có bản mẫu
    • 1.4.2. Phương pháp tấn công mẫu
      • 1.4.2.1. Tấn công mẫu đơn giản
      • 1.4.2.2. Tấn công mẫu sử dụng học máy
    • 1.4.3. Phương pháp tấn công cho thiết bị có phòng vệ
  • 1.4.4. Tham số đánh giá tấn công phân tích điện năng tiêu thụ
  • 1.5. Dữ liệu sử dụng trong luận án
    • 1.5.1. Dữ liệu thu thập từ thiết bị thực tế (ACT-TRACES)
    • 1.5.2. Dữ liệu từ các nguồn đã công bố

• CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TẤN CÔNG CHO THIẾT BỊ KHÔNG PHÒNG VỆ

  • 2.2. VMD và ứng dụng
    • 2.2.1. Kỹ thuật phân tích mode biến phân (VMD)
    • 2.2.2. Ứng dụng của VMD
      • 2.2.2.1. VMD để giảm nhiễu cho vết điện năng tiêu thụ
      • 2.2.2.2. VMD để lựa chọn thông tin có ích từ vết điện năng tiêu thụ
  • 2.3. Đề xuất phương pháp tấn công không bản mẫu hiệu quả VMD-CPA
    • 2.3.1. Quy trình thực thi tấn công VMD-CPA.
    • 2.3.2. Thực nghiệm tấn công VMD-CPA
    • 2.3.3. Đánh giá về VMD-CPA
  • 2.4. Đề xuất phương pháp tấn công mẫu hiệu quả VMD-GSO-SVM
    • 2.4.1. Quy trình thực thi tấn công VMD-GSO-SVM
      • 2.4.1.1. Pha trích chọn POIs dựa trên VMD, GSO và SVM
      • 2.4.1.2. Pha lập mẫu
      • 2.4.1.3. Pha tấn công
    • 2.4.2. Thực nghiệm tấn công VMD-GSO-SVM
    • 2.4.3. Đánh giá phương pháp VMD-GSO-SVM

• CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TẤN CÔNG CHO THIẾT BỊ CÓ PHÒNG VỆ

  • 3.2. Về tấn công cho thiết bị có phòng vệ
    • 3.2.1. Phương pháp phòng vệ bằng mặt nạ
    • 3.2.2. Đặc điểm POIs trên vết điện năng tiêu thụ của thiết bị mặt nạ
    • 3.2.3. Cơ sở tấn công phân tích điện năng tiêu thụ đối với thiết bị mặt nạ.
  • 3.3. Đề xuất mô hình phân lớp vết điện năng tiêu thụ của thiết bị phòng vệ dựa trên kiến trúc mạng nơ-ron tích chập.
    • 3.3.1. Mô hình phân lớp đề xuất CNNa
      • 3.3.1.1. Khối phát hiện POIs và tạo POIs kết hợp
      • 3.3.1.2. Khối phân lớp vết điện năng tiêu thụ
    • 3.3.2. Tối ưu tham số cho mô hình phân lớp CNNa
    • 3.3.3. Đánh giá bộ phân lớp CNNa
  • 3.4. Đề xuất phương pháp tấn công cho thiết bị có mặt nạ CNN-D
    • 3.4.1. Các giả định tấn công
    • 3.4.2. Quy trình tấn công
  • 3.5. Thực nghiệm tấn công CNN-D
    • 3.5.1. Kết quả thực ngiệm
    • 3.5.2. Đánh giá và thảo luận

• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ