基于基因算法的集成电路抗故障攻击能力评估方法技术

本发明专利技术公开了基于基因算法的集成电路抗故障攻击能力评估方法，具体步骤如下：(1)对故障列表里的故障f，随机生成预设种群大小数目的输入向量，形成基因算法的初始化种群；(2)对于种群中的每个个体计算个体适应度；(3)从种群中选出适应度为1的个体，执行遗传算子，得到新的种群；(4)判断是否满足终止条件，若不满足，重复执行步骤(2)‑(4)；(5)根据当前种群中满足条件的个体数目，计算故障f的攻击成功率；(6)针对故障列表中的所有故障，执行步骤(2)‑(6)得到集成电路对每一个故障的防护能力，故障的攻击成功率越高，电路对该故障的防护能力越弱。该方法能够使用较少的输入数据，得到比较准确的评估结果。

Evaluation method of integrated circuit fault attack capability based on genetic algorithm

The invention discloses an integrated circuit fault attack capability evaluation method based on genetic algorithm, and the following steps are as follows: (1) the fault F in the fault list generates the input vector of the number of presupposed population size randomly, forms the initialization population of the genetic algorithm; (2) the individual fitness is calculated for each individual in the species group; (3) from (3) In the population, the population with the fitness of 1 is selected and the genetic operator is executed to get a new population; (4) to judge whether to satisfy the terminating condition, if not satisfied, the repeat execution step (2) is (4); (5) the attack success rate of the fault F is calculated according to the number of individuals satisfying the condition in the current population; (6) execution of all faults in the fault list. Steps (2) (6) get the protection ability of integrated circuits for every fault. The higher the success rate of failure, the weaker the protection ability of the circuit to the fault. This method can use fewer input data to get more accurate evaluation results.

【技术实现步骤摘要】
基于基因算法的集成电路抗故障攻击能力评估方法
本专利技术关于硬件安全领域，主要涉及集成电路的抗故障攻击能力评估，尤其是基于基因算法的集成电路抗故障攻击能力评估方法。
技术介绍
故障注入是一种严重威胁密码芯片安全性的攻击手段。其基本原理是通过注入故障到芯片的安全薄弱部分，引起芯片的功能异常，在在芯片处于非正常工作状态下测试其功能和参数,与常规工作状态进行分析比较,从而获得芯片内部的重要信息。为了抵御故障注入攻击的威胁，许多抗故障注入攻击的防护方法被提出。对集成电路抗故障攻击能力的评估，现有方法的基本思路是，对于故障f，随机生成输入向量，收集其输出数据。在不同的输入向量下，故障f可能会造成电路的输出错误，也可能在传播过程中被掩盖而对结果没有影响。对输出结果有影响表明在该输入下集成电路不能抵御故障f的攻击。采用对输出结果造成影响的输入向量所占比例来对集成电路抗故障估计能力进行评估，将故障f下，能够对输出造成影响的输入向量集记为I(f),所有的输入向量的集合记为K(f)。定义故障f的攻击成功率(ASR)为：对于所有的故障，计算在每个故障的攻击成功率。该方法能够对集成电路抗故障攻击的能力做出一个整体的评估，故障f的攻击成功率越高，集成电路抗故障攻击的能力越弱，但是由于输入向量是随机生成的，需要非常大量的输入数据才能得到相对准确的I(f)，效率比较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于基因算法的集成电路抗故障攻击能力评估方法，该方法能够使用较少的输入数据，得到比较准确的评估结果。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：基于基因算法的集成电路抗故障攻击能力评估方法，对于每一个可能的故障，使用基因算法，寻找能够对输出造成影响的输入数据集合，计算故障的攻击成功率。本方法将待评估电路的输入向量作为基因算法的个体，随机生成N个个体构成初始化种群(N为预先设定的种群大小)，对种群中的个体进行选择、交叉和变异运算，具体步骤如下：(1)对故障列表里的故障f，随机生成预设种群大小数目的输入向量，形成基因算法的初始化种群；(2)对于种群中的每一个个体，由适应度函数，计算个体适应度；所述适应度函数即为输入向量在故障f下能否对输出结果产生影响；(3)从种群中选出适应度为1的个体，执行遗传算子，得到新的种群；(4)判断是否满足终止条件，若不满足，重复执行步骤(2)-(4)；(5)根据当前种群中满足条件的个体数目，计算故障f的攻击成功率；(6)针对故障列表中的所有故障，执行步骤(2)-(6)得到对于所有故障的攻击成功率，从而得到集成电路对每一个故障的防护能力，故障的攻击成功率越高，电路对该故障的防护能力越弱。进一步的，所述输入向量包括待评估电路、故障列表及基因算法的种群大小、交叉概率和变异概率。进一步的，步骤(2)中计算个体适应度的步骤为：将作为种群个体的输入向量输入到待评估电路中，并向电路注入故障f，若输出结果为错误的，则该个体的适应度为1，否则为0。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术利用基因算法的特点，快速地找到对于故障f对输出结果无影响的输入向量，与现有方法随机选择输入相比，能够使用较少的输入数据搜索到更多符合条件的输入数据，效率和评估准确度更高。附图说明图1是本专利技术的算法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图1，具体步骤如下：1.对故障列表里的故障f，随机生成预设种群大小数目的输入向量，形成基因算法的初始化种群；2.对于种群中的每一个个体，由适应度函数，计算个体适应度；在此处，适应度函数即为输入向量在故障f下能否对输出结果产生影响。具体计算方法为，将作为种群个体的输入向量输入到原始电路中，并向电路注入故障f，若输出结果为错误的，则该个体的适应度为1，否则为0；3.从种群中选出适应度为1的个体，执行遗传算子，得到新的种群；4.判断是否满足终止条件，如果不满足，重复执行步骤2-4；5.根据当前种群中满足条件的个体数目，计算故障f的攻击成功率；6.对于故障列表中的所有故障，执行步骤2-6得到对于所有故障的攻击成功率。这样，得到了集成电路对每一个故障的防护能力。故障的攻击成功率越高，电路对该故障的防护能力越弱。具体的，本专利技术评估方法的输入为待评估电路、故障列表以及基因算法的种群大小、交叉概率、变异概率等参数；在本例中，待评估电路为AES加密电路，故障列表为AES第10轮加密过程中的所有单字节故障，基因算法的种群大小设为1000，交叉概率设为0.8，变异概率设为0.15。在步骤2中，将随机生成的输入向量按二进制码进行编码，得到初始化种群的一个个体。在步骤4中，选出适应度为1的个体作为基数，对其进行交叉和变异，以产生新的个体，得到新的种群。在步骤5中，终止条件为预设的迭代次数。迭代的次数由评估准确度与评估效率折衷得到。迭代次数越多，得到的结果越精确，相应的，评估所用的输入数据也越多，评估所用时间也越长。本专利技术并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本专利技术的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本专利技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于基因算法的集成电路抗故障攻击能力评估方法，其特征在于，使用基因算法，对于每一个可能的故障，寻找对输出造成影响的输入数据集合，计算故障的攻击成功率，具体步骤如下：(1)对故障列表里的故障f，随机生成预设种群大小数目的输入向量，形成基因算法的初始化种群；(2)对于种群中的每一个个体，由适应度函数，计算个体适应度；所述适应度函数即为输入向量在故障f下能否对输出结果产生影响；(3)从种群中选出适应度为1的个体，执行遗传算子，得到新的种群；(4)判断是否满足终止条件，若不满足，重复执行步骤(2)‑(4)；(5)根据当前种群中满足条件的个体数目，计算故障f的攻击成功率；(6)针对故障列表中的所有故障，执行步骤(2)‑(6)得到对于所有故障的攻击成功率，从而得到集成电路对每一个故障的防护能力，故障的攻击成功率越高，电路对该故障的防护能力越弱。

【技术特征摘要】
1.基于基因算法的集成电路抗故障攻击能力评估方法，其特征在于，使用基因算法，对于每一个可能的故障，寻找对输出造成影响的输入数据集合，计算故障的攻击成功率，具体步骤如下：(1)对故障列表里的故障f，随机生成预设种群大小数目的输入向量，形成基因算法的初始化种群；(2)对于种群中的每一个个体，由适应度函数，计算个体适应度；所述适应度函数即为输入向量在故障f下能否对输出结果产生影响；(3)从种群中选出适应度为1的个体，执行遗传算子，得到新的种群；(4)判断是否满足终止条件，若不满足，重复执行步骤(2)-(4)；(5)根据当前种群中满足条件的个体数目，计算故障f的攻击成功...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓鹏杰，刘强，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12