基于木马的方式增强RRAM 计算系统的安全性∗

邹敏辉 ,周俊龙 ,孙 晋 ,汪成亮

1(南京理工大学 计算机科学与工程学院,江苏 南京 210094)

2(重庆大学 计算机学院,重庆 400044)

随着深度学习技术的发展,神经网络已经在图像识别和自然语言处理方面取得了令人瞩目的成功.然而,神经网络运算属于数据密集型应用,它要求在计算单元和内存之间转移大量的数据,从而对传统的计算与内存相分离的冯诺伊曼计算机体系结构构成了严峻挑战,特别是对于能耗敏感的计算系统[1,2].新兴的忆阻器(RRAM)计算系统能够在内存中直接进行运算,因而在提高神经网络运算能效比上展示出了巨大的潜力.如图1(a)所示,一个RRAM 计算系统包含了许多个处理单元(PE),每一个处理单元由一个RRAM 交叉开关阵列和外围电路组成.RRAM 交叉开关阵列能够以O(1)的时间复杂度在阵列内部执行矩阵点乘序列运算(MVM)[3],因此消除了矩阵数据移动.神经网络运算主要集中在卷积(Conv)层和全连接(FC)层,而这两层的运算都可以转化为MVM 操作.因此,RRAM 计算系统能够提高神经网络运算的能效比.

Fig.1 Security threat of RRAM computing system图1 RRAM 计算系统的安全威胁

然而,随着芯片产业的设计与生产相分离,设计者设计的芯片可能会被生产厂商过度生产[4].RRAM 计算系统芯片同样受到此种威胁.RRAM 计算系统芯片的知识产权不仅在于其芯片设计,而且还包含部署在其中的神经网络模型.一方面,攻击者通过访问未授权的过度生产的RRAM 计算系统芯片,损害了设计者的权益;另一方面,攻击者通过访问未授权的RRAM 计算……