白皮书 保护 FPGA 设计不受常见的入侵威胁

《白皮书 保护 FPGA 设计不受常见的入侵威胁》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、白皮书保护FPGA设计不受常见的入侵威胁随着盗版和IP剽窃的增多，人们越来越关心设计和IP安全。对于FPGA，这需要保护比特流和器件的配置。CycloneIIILSFPGA在低功耗平台上实现了安全特性，帮助设计人员满足了约束要求，确信发售IP得到了保护的产品。引言2009年，全球由于盗版带来的损失大约为1.5万亿美元。盗版影响了所有商业市场，从Gucci手包到计算机芯片，直至专用算法等。全球供应链越来越复杂，对企业知识产权(IP)的剽窃也日益增多。全球供应链的安全和保护问题是保持竞争优势的关键，需要认真对待。盗版的第一步是篡改，采用各种强制手段来获得系统设计。以前，篡改是针对军用设备的

2、；然而，由于电子行业的盗版，篡改成为所有生产商都必须面对的关键问题。防篡改的目的是探测到对技术的逆向剖析，通过剖析可以转移技术，改变系统功能，开发对策等。政府和企业投入了大量的资金来开发关键网络基础设施、复杂的武器系统以及安全银行系统等。然而，很容易破坏易于篡改的系统，导致丧失竞争优势，利润下滑，品牌知名度下降。盗版丰厚的利润带来了对电子产品的觊觎。因此，产品日益重要含有防篡改功能。防篡改解决方案主要涉及到以下四个方面：■阻止篡改是指具有特殊功能，能够阻止篡改入侵。■篡改探测能够提醒系统或者用户出现篡改事件。■篡改响应是在探测到篡改后，系统必须采取一定的对策。■篡改证据必须是可查的，这

3、样，监察系统的授权人员能够确定系统是否被篡改。表1总结了防篡改的主要组成功能，简要介绍了Altera®解决方案。表1.防篡改组成功能和Altera解决方案防篡改组成说明AlteraCycloneIIILS解决方案篡改阻止特殊功能加密密钥JTAG端口保护篡改探测觉察可编程失败循环冗余校验(CRC)篡改响应对策所有配置存储器归零篡改证据明显的证据多次未成功编程对ASIC的威胁ASIC市场通常采取一定的措施以应对篡改的威胁，例如，破坏性分析、过压或者欠压分析以及时序分析等。使用破坏性分析方法对ASIC逆向剖析时，采集器件的每一层来确定其功能。这一处理过程需要昂贵的设备和专业知识，ASIC实际

4、上有很少的保护措施来防止这类行为。时序分析和过压欠压分析不需要昂贵的设备，但是非常费力，容易出错，因此，不常用于对复杂的ASIC设计进行逆向剖析。而且，ASIC时序分析是确定性的，因此，信号通过复用器的时间决定了输入到输出的时间。一旦逆向剖析成功，ASIC中的IP就能够不受限制的用在很多盗版系统中。倒卖设备会有很高的利润，全球盗版电子设备，特别是盗版网络设备越来越多。盗版是生产产品相对便宜的方法，利润很高。这些因素WP-01111-1.02009年6月，1.0版1保护FPGA设计不受常见的入侵威胁Altera公司吸引了很多人对电子设备进行IP盗取。然而，对于原始设备生产商(OEM)，盗

5、版系统却使得自身收益下降，利润降低，威胁到品牌形象。对FPGA的威胁FPGA具有可编程和不会过时等优点，在工业市场上得到了越来越广泛的应用。军用市场采用比较特殊的商用(COTS)产品，使得FPGA成为同时实现COTS和定制产品的最好选择。网上银行系统需要多层安全防护措施，从闭锁门户到服务器锁定等，因此，银行要求底层有安全措施，使系统从根本上具备安全特性。所有市场关心的是盗取和黑市/盗版产品的泛滥。虽然FPGA不像ASIC那样容易被逆向剖析，但是，却易于遭受其他威胁。FPGA可编程体系结构是对设计逆向剖析、直接进行篡改的内在保护屏障。由于其易失特性，拆解和剖析管芯只能得到空白的FPGA体

6、系结构。然而，一类不同的篡改活动会影响FPGA，例如在配置过程中复制和克隆比特流，通过JTAG来控制设计，启动单事件干扰(SEU)来改变设计功能等。配置威胁可编程能力给设计人员带来了好处，但是由于需要采用外部器件进行配置，因此，这也带来了问题。整个设计必须存储在FPGA外部系统存储器中，上电时，从存储器传送至FPGA。关心IP保护的设计人员可以将用于配置的走线嵌到PCB层中，但是在复杂PCB设计中，这产生了其他问题。因此，很少有解决方案能够保护FPGA设计在配置过程中不被复制。加密解决方案Altera的Cyclone®IIILSFPGA使用易失密钥，提供256位AES加密引擎，在配置期

7、间保护比特流。因此，即使检测到比特流，也需要密钥才能逆向剖析设计。CycloneIIILSFPGA中特殊的密钥方法不允许读回密钥，因此，编程完成后，密钥可以安全的存放在FPGA中。由于密钥是易失的，任何破坏性分析都会导致密钥的永久丢失。此外，Altera还采取了多种措施来保护加密密钥的完整性。■密钥存储在金属层下面，以防止物理攻击。■在将密钥存放到FPGA存储器之前，对其进行加扰处理。■密钥比特分布在其他逻辑之间。■如果探测到篡改事件，可以通过