从量子计算机控制器的功耗旁路攻击中重构量子电路

近年来，人们对量子计算的兴趣迅速增长，确保量子电路安全的重要性也随之增加。专门攻击者可能对量子电路发起的一种新型威胁是功耗轨迹攻击。为了应对这一威胁，本文首次形式化并演示了使用功耗轨迹来解锁和窃取量子电路机密。通过获取功耗轨迹，攻击者可以恢复有关发送给量子计算机的控制脉冲的信息。从控制脉冲出发，可以对电路的门级描述乃至机密算法进行逆向工程。这项工作展示了可以恢复哪些信息以及如何恢复。本工作使用基于功耗轨迹的代数重构实现了两种新型单轨迹攻击：逐通道攻击和总功耗攻击。前者依赖逐通道测量执行暴力攻击以重构量子电路。后者使用混合整数线性规划优化执行单轨迹攻击。通过使用代数重构，本工作证明可以高精度地窃取量子电路机密。在 32 个真实基准量子电路上的评估表明，我们的技术在重构量子电路方面非常有效。这些发现不仅表明了潜在攻击的真实性，也表明需要开发新手段来保护量子电路免受功耗轨迹攻击。在本工作中，使用了来自真实量子计算机的真实控制脉冲信息，基于功耗轨迹采集的仿真来演示潜在攻击。