基于字统计特性与节点中间性的硬件木马检测技术研究

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1、基于字统计特性与节点中间性的硬件木马检测技术研究HardwareTrojanDetectionBasedonWord-levelSignalPropertyandNodeBetweennessCentrality学科专业：微电子学与固体电子学研究生：李鹤指导教师：刘强副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要近几年来,随着集成电路产业的蓬勃发展，出现了一种针对集成电路芯片的新型攻击方式，称为硬件木马。集成电路设计、生产、封装等分工的细致化和专门化，使得芯片设计和生产的多个环节都可能被第三方恶意地植入硬件木马，给芯片安全带来了严重威胁。国内外专家学者近年来将硬件木马检测的研究主

2、要集中在以下两个方面，硅前阶段的IP可信验证技术以及硅后阶段的基于测试矢量的逻辑测试技术。硬件木马通常存在于电路中的罕见节点处，那么如何确定罕见节点位置便成了检测硬件木马的关键。所以，本文首先利用统计特征参数分析电路内部节点的传输活动性，将具有较低传输活动性的内部节点作为罕见节点。然后通过研究电路中各种逻辑操作的信号传输规律推导出信号单调传输的约束条件。最后，根据不同的电路结构，提出了相应的基于回溯的测试矢量生成算法，利用生成的测试矢量可以加速激活硬件木马。实验结果表明，该技术可以增加罕见节点的传输活动性高达166.7倍，激活时间可以最多减少121倍。此外，由于基于电路逻辑分析的IP

3、可信验证技术需要消耗大量的时间对电路中可疑的硬件木马信号进行验证。因此，本文将传统的基于电路逻辑的分析转换成基于数据流图的分析。首先，本文研究了节点罕见性与节点中间性的关系。然后根据抽象出的数据流图计算电路内部节点的中间性，再筛选出设计中与硬件木马相关的可疑信号。实验结果表明该技术可以100%地检测出硬件木马电路并且具有较低的误判率。在所测试的基准电路中，测试时间在2~145秒之间。关键词：硬件木马硬件木马检测字统计特性节点中间性ABSTRACTInrecentyears,withthedevelopmentofICindustry,therehasbeenanemergingsec

4、uritythreat,namelyHardwareTrojan(HT)inthechip.Third-partyIPadoptionandfablessmanufacturinghavebecomeatrendinICindustry.However,suchtrendprovidesanopportunityforadversarytoinsertHTsduringtheICsupplychain.ThisraisesseriousconcernsabouttrustworthinessofICsusedinmissioncriticalapplications.Currentl

5、y,researcherspaymoreattentiontothefollowingresearchfields:IPtrustverificationtechniquesinpre-siliconstageandtestpattern-basedHTactivationtechniquesinpost-siliconstage.Generally,HTsarelocatedintherarenodesinthecircuitandhowtofindtherarenodesisthekeytodetecttheHT.Therefore,thispaperfirstutilizest

6、hewordlevelstatisticalparameterstomeasurethetransitionactivityoftheinternalnodesinthecircuit.Basically,nodeswithlowtransitionactivityareconsideredasrarenodes.Thenbyanalyzingthesignalpropagationpropertyofdifferentoperators,wefinallyobtaintherequirementsforsignalmonotonouscontrol.Moreover,basedon

7、thedifferentstructuresofthecircuit,weproposeatracebackapproachtogeneratetestpatternsforHTactivation.Theresultsshowthatthetransitionactivityofrarebitscanbedramaticallyincreasedbyupto166.7timesandTrojanactivationtimecanbereducedbyup