计算机应用

作者：张润莲, 唐瑞锋, 王蒿, 武小年

单位：桂林电子科技大学 计算机与信息安全学院，广西 桂林 541004

关键词：侧信道攻击,均匀流型逼近与投影,相关功耗分析,数据降维,加权邻接图

基金：国家自然科学基金资助项目(62062026);广西重点研发计划项目(桂科AB23026131);广西研究生教育创新计划项目(YCSW2024347)

侧信道攻击（SCA）中所采集的能量迹数据的高噪声和高维度大幅降低了SCA的效率和密钥恢复的准确率。针对上述问题，提出一种基于均匀流型逼近与投影（UMAP）的高级加密标准（AES）算法相关功耗分析（CPA）方法。所提方法基于欧氏距离计算能量迹数据的邻近点集合。首先，通过构建邻接图并计算邻近点之间的相似度得到加权邻接图，从而捕获能量迹数据之间的位置关系以保留数据的局部结构特征；其次，利用拉普拉斯矩阵描述邻接图的结构关系，并通过特征分解取特征值较小的特征向量作为初始化的低维数据；同时，为了保留数据的全局结构特征，使用二进制交叉熵作为优化函数调整数据在低维空间中的位置；此外，为了提升计算效率，在梯度下降过程中使用力导向图布局算法；最后，对降维后的数据进行相关功耗攻击以恢复密钥。实验结果表明，UMAP方法能够有效保留原始能量迹数据的局部和全局结构特征；所提方法能够提高能量迹数据和假设功耗泄露模型之间的相关性，减少恢复密钥所需的能量迹条数，具体地，所提方法恢复单个密钥字节需要的能量迹条数为180，恢复全部16个密钥字节需要的能量迹条数为700；相较于等距特征映射（ISOMAP）降维方法，所提方法恢复所有密钥字节所需的能量迹条数减少了36.4%。

来源：2025年第6期

《计算机应用》期刊编辑部

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