基于门级电路结构特征的硬件木马检测方法研究

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1、基于门级电路结构特征的硬件木马检测方法研究HardwareTrojanDetectionBasedonGate-LevelCircuitStructuralCharacteristics学科专业：微电子学与固体电子学作者姓名：陈富强指导教师：张齐军教授天津大学微电子学院二零一七年十一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书而使

2、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已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月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：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要集成电路的发

3、展带来无工厂化、设计与制造的分离，同时也带来了硬件层面的安全隐患，硬件木马即是这样一种安全隐患。硬件木马概念被提出的十年来，硬件木马的检测技术已经取得了很大进展。基于结构特征的硬件木马检测技术最近几年被学者提出，但是硬件木马结构特征库需要被不断完善。本文提出了一种新的、高效的基于门级电路结构特征的硬件木马检测方法。首先，把门级网表基准电路抽象为有向图，抽取出硬件木马的结构特征，并扩充为特征库，特征库只包含四种逻辑门（与门、或门、非门、或非门），缩小了所考察图的规模，从而降低了检测复杂度；其次，提出

4、了一种罕见值算法，从待测电路中匹配特征库中的结构特征，并计算逻辑门的罕见值，其中罕见值是用来衡量逻辑门输出信号翻转特性的指标。接下来提出一种异常值识别算法标记出待测电路中具有异常罕见值的逻辑门。之后，对罕见值算法做了进一步的优化，降低了检测复杂度以及检测时间。最后，重新定义了逻辑门的罕见值，进一步提高了检测的准确率。实验结果表明，本文所提出的硬件木马检测方法，使用优化后的罕见值算法后，可以在6秒内检测出规模为17万逻辑门的基准电路。对于TrustHub中的单触发硬件木马电路，硬件木马的检测率达到9

5、7.5%。关键词：硬件木马，门级电路，结构特征IABSTRACTDevelopmentofICresultsinfablessdesignandseparationofdesignandfabrication,whichinthesametimerelinquishedthecontrolofdesignersoverthedesignandmanufactoryofIC.HT,namelyHardwareTrojan,hasemergedasamainconcernofhardwaresecur

6、ity,andhasposedpotentialtrustandverificationproblems.OverthetenyearsorsosincetheconceptofhardwareTrojanisderived,HTdetectionmethodologieshasmadegreatprogress.Feature-basedhardwareTrojandetectionmethodsareproposed,yetthefeaturedatabaseofHTneedtobeimpro

7、vedandexpanded.InthispaperahardwareTrojandetectionmethodbasedongate-levelcircuitstructurecharacteristicsisproposed.First,Trojanfeaturesareextractedfromgate-levelnetlistofHT,andareexpandedtoaHTfeaturedatabase.TheHTfeaturedatabasecontainsonlyfourtypesof

8、logicgates(AND,OR,NAND,NOR),whichdecreasesthesizeofcircuitstobeanalyzed.Then,therarevaluealgorithmisproposedtodevelopameasureoftherarenessofalogicgate,whichmeanstherarenessoftheoutputsignalofthislogicgate.Finallyararevalueoutlierdeterminationa