硬件木马的边信道提升技术研究

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1、Ｉｉ＼朵击种成Ｊ：著ＬＯＧＹＦＩＮＡＵＮＩＣＩＥＮＯＣＨＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＳＣＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯ专业学位硕±学位论文ＥＲＴＨＥＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥＭＡＳＴＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳ井化補ｃ一．嚇弓义论文题目賴件木马的边信道提升技术妍究专业学位类别工程硕±学号２０１３２２２４０２２１作者姓名张子雜指导教师李磊副研究员独剑性声明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

2、工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。＇作者签名；夺骑ｔ曰期：年月含曰论支使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学

3、位论文的全、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印缩印或扫描等复制手段保存。、汇编学位论文（）保密的学位论文在解密后应遵守此规定签：签：导师名名絲作者导碗曰曰：年ｋ月期层分类号密级注1UDC学位论文硬件木马的边信道提升技术研究张子璇指导教师李磊副研究员电子科技大学成都申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2016.05.04论文答辩日期2016.06.07学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月28日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际

4、十进分类法UDC》的类号。IMPROVINGRESEARCHONSIDE-CHANNELANALYSISBASEDHARDWARETROJANTECHNOLOGYAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:ZixuanZhangSupervisor:LeiLischool:ResearchInstituteofElectronicScience

5、andTechnologyofUESTC摘要摘要硬件木马问题已成为信息安全防护中必须考虑的重要问题，随着集成电路的迅速发展，芯片已经应用到人类生活的各个方面，因此，保证芯片的安全对国家的政治经济发展、国防建设和百姓的信息财产安全都至关重要。因此，开展基于边信道分析的硬件木马检测技术意义重大。本文重点研究了不同工艺偏差下基于边信道分析的硬件木马检测方法，并提出了可以降低工艺噪声和数据冗余的功耗数据处理方法，这种方法可以有效提高木马电路的信噪比，同时对提高木马激活概率的方法展开了深入研究，用以辅助边信道分析技术

6、检测。本文研究的主要内容如下：1.模拟不同工艺偏差对电路的影响。研究了工艺偏差对电路功耗和延时的影响，通过修改工艺库的高斯参数，设置了三种工艺偏差，对应的电流偏差（CurrentVariation,CV）分别为±2%，±5%和±7%，其中±5%是SMIC130nm工艺库提供的最大偏差。采用基于蒙特卡罗仿真的工艺偏差模拟方法对四种电路和对应的木马电路进行平均瞬态电流分析，当CV为±7%时，可以检测的最小木马面积为2%；CV为±5%时，可以检测的最小木马面积为1.5%；CV为±2%时，可以检测的最小木马面积为0

7、.8%，检测效率很低，说明了工艺偏差的存在对硬件木马的检测产生了极大的干扰。2.基于功耗分析的硬件木马检测的数据处理方法研究。建立了适用于信号特征提取的木马检测模型，重点研究了K-L变换和马氏距离分析的数据降维降噪方法，两种方法进行结合可以有效提高木马电路的信噪比。实验结果表明，与未处理的功耗数据相比，处理后的原始电路数据和木马电路数据分离度明显提高，当CV为±7%时和±5%时，可以检测的最小木马面积为0.6%；CV为±2%时，可以检测的最小木马面积为0.34%。3.提高硬件木马激活概率的方法研究。通过分析

8、影响木马激活概率的因素，在电路中插入一种可以提高木马激活概率的结构，并改进了该结构的插入算法，减少了该结构对电路面积的影响，最大面积优化率达到44.8%。经仿真和功耗分析证明，在电路面积增加不超过0.44%的前提下，该结构可使电路所有节点的翻转率提高到阈值（P）以上，增大了木马电路内部节点的翻转概率，增大了木马电路th被激活的概率，缩短了木马电路的激活时间，使得木马电路功耗对电路总功耗的贡献率平均提高了0.39%