基于内建电路的硬件木马检测技术研究

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1、基于内建电路的硬件木马检测技术研究ResearchonHardwareTrojanDetectionTechnologyBasedonBuilt-InCircuit领域：集成电路工程作者姓名：李旭指导教师：赵毅强教授企业导师：贾凤鸣高级工程师天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要近年来信息安全事件不断发生，集成电路的安全性正得到广泛关注，保障集成电路芯片的“自主可控”和“自主可信”成为当前各类信息系统的迫切需求。硬件木马作为集成电路中的主要安全隐患之一，其检测理论与方法已经成为国内外集成电路领域的前沿和热点研究课题。随着集成电路规模的增大

2、，硬件木马面积的减小，木马电路对于母本电路的影响越来越小，检测难度越来越大。本文查阅了国内外硬件木马研究的相关文献，总结出采用基于内建电路的硬件木马检测技术，能有效提高硬件木马检测的灵敏度。通过分析基于内建电路的硬件木马检测原理，本文制定了两种检测方案：一种是基于木马电路的运行会引入额外的压降的基本原理，在电路的设计层次嵌入自检测电路结构，该结构能有效检测木马电路产生的压降，进而判断电路中是否含有木马电路；另一种是基于芯片内部电路运行中产生电磁辐射的基本原理，通过分析木马电路对母本电路电磁辐射的影响，判断电路中是否含有硬件木马。在第一种检测方案

3、中，本文基于环形振荡器设计了一种自检测电路结构，选择ISCAS’s9234作为母本电路，电路面积为484996um2，并设计了10种不同面积比的木马电路。根据母本电路的规模，设计环形振荡器的级数为5，振荡频率为244MHz，占母本电路的面积比为0.004%，能有效检测出面积比为0.20%的木马电路。在第二种检测方案中，本文提出了将排序熵算法应用在硬件木马电磁检测中，通过分析母本电路与含木马电路电磁辐射信号复杂度的差异性，进而分析待测电路中是否含有木马电路。基于SAKURA-GFPGA开发板设计了硬件木马电磁辐射信息的检测平台，通过实验分析，当木

4、马电路的面积比为0.17%时，含木马电路与母本电路的差异性P值为0.0017，具有显著差异性，验证了排序熵算法在硬件木马电磁检测中的有效性。关键词：信息安全硬件木马侧信道分析自检测电路排序熵ABSTRACTInrecentyears,informationsecurityincidentshappenedconstantly.Thesafetyoftheintegratedcircuitgainswideattention.Protectingtheintegratedcircuitchipandmakingit"self-control"an

5、d"independentcredible"havebecometheurgentneedsofvariousinformationsystems.Asoneofthemajorsecurityrisksinintegratedcircuit,hardwareTrojanalongwithitsdetectingtheoryandmethodshasbecomeahotresearchtopicinthefieldofintegratedcircuitathomeandabroad.Withtheincreasingscaleofintegra

6、tedcircuit,theareaofthehardwareTrojandecreases,andthustheinfluenceofTrojancircuitforgoldenchipissmallerandsmaller.HardwareTrojandetectionbecomesmoreandmoredifficult.ThispaperreferedtothehardwareTrojanrelatedliteratureathomeandabroad,andcomeupwiththehardwareTrojandetectiontec

7、hniquebasedonbuilt-incircuit,whichcaneffectivelyimprovethehardwareTrojandetectionsensitivity.Throughtheanalysisbasedonthebuilt-inhardwareTrojandetectionprincipleofthecircuit,thepaperestablishedtwokindsofdetectionschemes.Thedetectioncircuitstructurewasembeddedinthedesignofaci

8、rcuit,basedontheoperationoftheTrojancircuitintroducingadditionalvoltagedrop