针对全同态加密算法的硬件木马防御方案

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1、密级:博士/硕士学位论文针对全同态加密算法的硬件木马防御方案作者姓名：谢宏峰指导教师:李慧云，研究员学位类别:工学硕士学科专业:信号与信息处理研究所:中国科学院深圳先进技术研究院2016年05月HardwareTrojanPreventionBasedonFullyHomomorphicEncryptionByXieHongfengADissertation/ThesisSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMaste

2、rofScienceinEngineeringShenzhenInstitutesofAdvancedTechnologiesChineseAcademyofSciencesMay,2016声明我声明本论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一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。作者签名：日期：摘要随着芯片设计和制造的全球化，集成电路很容易受到恶意的修改从而导致不可预料的结果。这种对电子电路或设计的恶意修改就称为硬件木马。硬件木

3、马对信息技术安全造成了很大威胁。这也促使它受到越来越多的重视，成为当今的一个研究热点。本文鉴于现有硬件木马检测技术的被动性，提出硬件木马防御方案，从源头上阻止硬件木马的植入。该方案包括了3个模块，即可信的加密模块、解密模块和不可信的芯片模块。其中，加解密模块由使用者掌控，是安全可信的；而芯片模块在第三方设计模块和制造过程中存在被植入硬件木马的风险，因此是不可信的。本文提出的木马防御方案的核心在于将芯片模块隔离开来，让它只能接触和处理加密过的数据。这样，在没有解密密钥的情况下，芯片和可能植入其中的硬件木马都无法获取数据的真实意义，硬件木马也就无法对这些数据发起攻击。本文提出了基于

4、全同态加密算法的硬件木马防御方案。全同态加密算法是随云计算而兴起的一种加密算法，它能够在不知道密钥的情况下对密文进行任意运算，运算的结果解密后，与对明文做同样运算的结果一样。它总共包含了4个算法，即密钥生成算法、加密算法、解密算法以及密文计算算法。其中，加解密算法和密文计算算法一一对应于木马防御方案的加解密模块和芯片模块。具体地，我们采用了一个名为FHEW（FastestHomomorphicEncryptionintheWest）的全同态加密库，它的安全性可归约到一般格上的标准困难问题。为了验证该木马防御方案的可行性，我们利用系统语言SystemC搭建了芯片的硬件模型，并将全

5、同态加密算法库FHEW应用到该方案中。最后，我们进行了针对8选1多路选择器和8位全加器的仿真实验，证明了该方案的可行性。关键词：硬件木马防御，全同态加密，SystemC，FHEWIHardwareTrojanPreventionBasedonFullyHomomorphicEncryptionXieHongfeng(SignalandInformationProcessing)DirectedByLiHuiyunWithIntegratedCircuits(ICs)designandfabricationgoglobally,itsuffersthethreatofmalici

6、ousmodificationwhichmayleadtounexpectedresults.ThemaliciousmodificationofanelectroniccircuitordesigniscalledHardwareTrojan(HT).AsICsarethefoundationofinformationtechnology,theHTposesagreatthreattothesecurityofit,whichmakestheHTcatchesmoreandmoreattentionandbecomesoneofthehotresearchtopics.Re

7、searchersusuallyfocusonthedetectionofHT.However,detectionisapassivemeasurementafterthetargetIChasbeenfabricated.AbetterwayistotaketheinitiativetostopHTimplantationfromthebeginning.WeproposeaHTpreventionschemecomposedofthreemodules,namelytrustedencr