电磁脉冲故障注入实现及其机理的研究

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1、电磁脉冲故障注入实现及其机理的研究ResearchontheImplementationofElectromagneticPulseFaultInjectionandItsMechanism学科专业：微电子学与固体电子学作者姓名：袁果指导教师：张齐军教授天津大学微电子学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证一书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意

2、。学位论文作者签名��二签字日期芘,7年I2.-月t日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：责：沿；导师签名：多{考$签字日期切,7年/2-月/日签字日期-z»I7年IZ.月t日摘要集成电路作为当今电子设备和信息产业的基础和核心，在电子产品、网络通讯、医疗电子、航空航天和军事等领域得到了广泛应用。集成电路安全是国

3、家信息安全的基石。近年来，随着集成电路攻击技术的快速发展，集成电路的安全问题日益凸显。故障注入方法由于攻击效率高、所需分析数据少、攻击成本低等优点，逐渐取代了传统的侧信道攻击方法，成为有效的集成电路攻击手段。作为一种新型的故障注入方法，电磁脉冲故障注入通过电磁探头产生的瞬态电磁场来对电子设备引入故障。这种攻击方法能针对芯片的特定位置进行攻击，攻击时无需去除芯片封装，且目前缺乏有效的防护措施。因此，开展电磁脉冲故障注入的相关研究具有十分重要的意义。本文提出了一种新型的电磁脉冲故障注入实现方法，并通过搭建的实验平台进行了电磁脉冲故障注入实验。首先，基于Marx电路原理和MOSFET开关特性，

4、研制了一个多参数可调全固态纳秒电磁脉冲发生器。利用HSPICE仿真软件重点分析了电磁脉冲发生电路的主要寄生参数对MOSFET开关特性的影响，为电磁脉冲发生电路的设计提供了理论指导。测试结果表明，基于一级Marx电路的电磁脉冲发生器可产生幅值可调（0-50V）、脉宽可变（200-2000ns）、最快下降沿小于20ns的脉冲信号。然后，通过对在FPGA上实现的不同硬件电路进行电磁脉冲故障注入实验，验证了实验平台的有效性，并对电磁故障机理进行了初步探索和研究。实验发现，电磁脉冲故障注入会造成数字电路的延时和翻转故障，特别是翻转故障。关键词：集成电路安全，电磁脉冲故障注入，电磁脉冲发生器，电磁故

5、障机理IABSTRACTAsthefoundationandcoreofelectronicequipmentandinformationindustry,integratedcircuitshavebeenwidelyusedinthefieldsofelectronicproducts,networkcommunications,medicalelectronics,aerospaceandmilitary.Integratedcircuitsecurityisthecornerstoneofnationalinformationsecurity.Inrecentyears,with

6、therapiddevelopmentofintegratedcircuitattacktechnology,thesecurityproblemofintegratedcircuitshasbecomeincreasinglyprominent.Duetothehighattackefficiency,lessrequiredanalysisdataandlowattackcost,faultinjectionmethodshavegraduallyreplacedthetraditionalside-channelattackmethods,andhavebecomeeffectiv

7、emeansofattackonintegratedcircuits.Asanewfaultinjectionmethod,ElectromagneticPulse(EMP)faultinjectionisbasedonthetransientelectromagneticfieldgeneratedbytheelectromagneticprobetoinducefaultstotheelectronicdevice.Thisat