深度神经网络(DNN)在众多应用领域中展现出卓越性能,随着模型规模与复杂度的增长,硬件DNN加速器日益普及。基于FPGA的DNN加速器兼具接近专用集成电路(ASIC)的效率与出色的灵活性,成为快速演进的深度学习实现的主要硬件平台之一,尤其在边缘设备中。这也使其成为攻击者的有利目标。现有针对FPGA DNN加速器上DNN模型机密性的攻击往往假设攻击者完全了解加速器架构,但这一假设在真实世界的专有高性能FPGA DNN加速器面前并不成立。本研究提出了一套全面且有效的逆向工程方法,用于揭秘FPGA DNN加速器软知识产权(IP)核。我们以AMD-Xilinx的先进深度学习处理单元(DPU)为对象进行演示。该方法依赖于原理图分析,并创新性地结合电磁(EM)侧信道分析来揭示DNN加速器的数据流与调度机制。据我们所知,这是首次成功逆向工程商业加密DNN加速器IP的工作。此外,我们基于逆向工程结果探索了暴露的攻击面,包括成功恢复DNN模型架构和提取模型参数。这些成果对真实世界的商业FPGA-DNN加速系统构成了重大威胁。论文还讨论了潜在的防御措施,并为基于FPGA的IP保护提出了建议。
💡 推荐理由: 首次证明商用加密DNN加速器IP可通过侧信道分析逆向工程,暴露模型结构与参数,严重威胁FPGA加速器安全性,推动IP保护方案革新。
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