本文针对嵌入式微控制器(如ARM Cortex-M4)上神经网络推理过程中的激活函数(ReLU, sigmoid, tanh, GELU, Swish)存在的时序侧信道泄露问题,提出了一种常量时间(constant-time)实现方法。该方法通过结合无分支选择、基于Padé近似的固定成本计算、虚拟算术操作以及循环对齐等技巧,确保所有激活函数在不同输入下消耗相同的时钟周期数,从而消除时序侧信道。作者首先评估了一种基于去同步化的防御措施,并证明其仍易受模板化时序攻击,进而提出防御方案。实验结果表明,保护后的实现在三函数和五函数场景下分别实现恒定的88和108周期计数,同时数值误差分析显示近似非线性函数保持高精度。该研究为嵌入式推理中构建抗侧信道的激活函数提供了实用基础,适用于需要安全部署深度学习模型的嵌入式系统开发者及侧信道防御研究人员。
💡 推荐理由: 首次提出针对嵌入式激活函数的系统化常量时间实现方法,填补了该领域空白,为物联网设备中的神经网络推理提供强时序侧信道防护。
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