專利名稱：一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置及其檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種敏感元裝置及其檢測方法，尤其是涉及一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置及其檢測方法。
背景技術：
為了減少成本，一個IC產(chǎn)業(yè)鏈可能遍布各個國家，加上開發(fā)時大量使用開源的IP核(Intellectual Property core),使得植入硬件木馬成為可能。迄今為止，硬件木馬可以按照物理特性、激活特性以及行為特性分類，硬件木馬的種類繁多使得其檢測成為IC電路安全性的熱點和難點。目前，檢測方法一共存在四種物理檢查，功能測試，內建自測試和旁路分析技術。
其中，旁路分析技術的原理是由于硬件木馬的插入會對電路的旁路信號產(chǎn)生影響，通過采集熱量、電磁輻射、功耗、電路延時等信息，通過與無木馬的電路進行對比來判斷是否有木馬。在四種方法中，盤路分析技術檢測硬件木馬的準確度和范圍等綜合能力是最優(yōu)的。即便如此，其在檢測的耗費，包括人力和物力的耗費都是比較高的，受到的環(huán)境影響也較大。這是因為，目前的盤路分析技術，是通過利用外部器材，有電壓表、示波器等，然后通過這些器件采集盤路信號。這種方法的人為誤差大，且耗費較大。

發(fā)明內容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；提供了一種無需額外的測試工具便可以方便的得到電路的電氣特征的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置及其檢測方法。本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；提供了一種整個設計未使用到電路的統(tǒng)一時鐘脈沖，使得得到的特征值穩(wěn)定，無波動的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置及其檢測方法。本發(fā)明再有一目的是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；提供了一種可以通過這種設計原件來進行盤路分析，節(jié)省了大量的勞力和物力的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置及其檢測方法。本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置，其特征在于，包括殼體，設置在殼體內的計數(shù)模塊、與計數(shù)模塊連接的感應模塊、與計數(shù)模塊連接的輸入端口和輸出模塊、以及與感應模塊連接的交互控制端口。在上述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置，所述的計數(shù)模塊包括定時器以及與定時器連接的計數(shù)器。在上述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置，所述感應模塊包括一個環(huán)形振蕩器以及與環(huán)形振蕩器連接的延遲器。
在上述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置，所述交互控制端口采用一個
三態(tài)門。一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置的檢測方法，其特征在于，步驟1，通過輸入端口打開敏感裝置的工作狀態(tài)以及清零流程；步驟2，感應模塊感應電路的盤路信號，生成特征波形；步驟3，計數(shù)模塊將步驟2中感應模塊將生成的特征波轉換為特征值，步驟4，輸出端口輸出特征值，對比不同的盤路信號。在上述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置的檢測方法，其特征在于，所述的步驟2中，感應模塊的具體工作方法如下

環(huán)形振蕩器用于輸出特征數(shù)值所述環(huán)形振蕩器不斷的從O到I再到O的信號變化中產(chǎn)生波形變化的信號，加上非門的物理延遲，則導致產(chǎn)生的信號像系統(tǒng)時鐘一樣，out
端產(chǎn)生波形的頻率則為Fout = 其中At為一個環(huán)形振蕩器的電路延遲；
IAi所述延遲器的用于將感應模塊頻率低于IC可以承受的最大值，其延時的值為ATdelay，其余的總延遲為ATall,這樣電路產(chǎn)生的頻F =隱二 +尬"延遲器的延遲
Δ Tdelay=n* Δ Tall, =(”丄丨;從公式可以看出控制η的值便可以達到降低整
體頻率的要求，并且Foci ;第二功能也是感應部分的核心，則是通過tru端控制其延遲的時長；當tru端的電壓不同時，影響到的延遲器的延遲時長也不同，ATdelay=f(V)，因此F = /(ν) 1ΑΤαΠ，為了使得F受f (V)變化影響比較大，則需要對于很小的AV，其Af(v)，也比較大。在上述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置的檢測方法，其特征在于，所述計數(shù)模塊的定時器和計數(shù)器受控于輸入端口的同一個復位信號，定義Point則是計數(shù)器的計數(shù)依據(jù)端口，即計算在Point端口的信號跳變次數(shù)，工作流程如下步驟a，復位信號的下降沿，清零操作，對計數(shù)部分所有寄存器清空；步驟b，復位信號的上升沿(用RST丨表示)，促使狀態(tài)機定時器開始定時，計數(shù)器開始對point端計數(shù)；步驟C，定時器定時結束，并輸出信號給計數(shù)器；步驟d，計數(shù)器接收到輸出信號，停止計數(shù)，并輸出目前的數(shù)值給輸出端口。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、無需額外的測試工具便可以方便的得到電路的電氣特征；2、整個設計未使用到電路的統(tǒng)一時鐘脈沖，使得得到的特征值穩(wěn)定，無波動；3、可以通過這種設計原件來進行盤路分析，節(jié)省了大量的勞力和物力。


圖I是本發(fā)明的整體結構示意圖。圖2是圖I的工作原理示意圖。圖3是本發(fā)明中感應模塊的結構示意圖。
圖4是本發(fā)明的交互控制端口的結構示意圖。圖5是本發(fā)明的延遲器的結構示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。實施例下面通過結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。圖I給出了整體設計框架，右邊是端口的簡短說明，左邊的設計圖中主要包含了四大部分計數(shù)部分、交互控制部分、端口部分以及感應部分。圖I中，①使能控制端，可以讓整個HTD-PUF停止工作并與原電路隔離。②數(shù)據(jù)輸 出，此端口為一個向量端口，其位數(shù)根據(jù)敏感元的特性來決定。③探針端口，與原電路交互端口。圖2TMER (定時器)和COUNT (計數(shù)器)受控于同一個RST (復位信號)。Point則是COUNT的計數(shù)依據(jù)端口，即計算在Point端口的信號跳變次數(shù)。運作過程如下I) RST的下降沿(用RST丨表示)，清零操作，對計數(shù)部分所有寄存器清空。2)RST的上升沿(用RST丨表示)，促使狀態(tài)機定時器TMER開始定時，計數(shù)器COUNT開始對point端計數(shù)。3) TIMER定時結束，并輸出信號Trigger給計數(shù)器COUNT。4) COUNT接收到Trigger信號，停止計數(shù)，并輸出目前的數(shù)值給OUT。對于COUNT采用寄存器不斷增加的傳統(tǒng)計數(shù)器設計即count=count+l方案,Point是它計數(shù)依據(jù)，RST丨則對其寄存器清零，當Trigger信號為‘I’時，COUNT則輸出目前計數(shù)值給OUT ;對于TIMER (定時器)，采用狀態(tài)機來設計，輸入RST (下降沿)進入開始狀態(tài)S，此后的每個狀態(tài)當輸入為RST時均回歸狀態(tài)S，S狀態(tài)輸入RST丨(上升沿)則進入狀態(tài)A，然后自動經(jīng)過T/2 (物理延遲)的時間到達結束狀態(tài)E，結束狀態(tài)將會發(fā)出Trigger信號。物理延遲的產(chǎn)生通過電路元件產(chǎn)生的，其時間相當短暫。在計數(shù)部分最大的亮點則是未用到系統(tǒng)時鐘CLK信號。利用我們設計的定時器可以精確地對數(shù)據(jù)進行捕獲操作。因為在后面的操作可以看出。圖3，感應部分使用環(huán)形振蕩器和延遲器，它對電路電壓，環(huán)境等因素的敏感度較大，主要體現(xiàn)在環(huán)形電路某一點的輸出波形上。環(huán)形振蕩器不斷的從O到I再到O的信號變化中產(chǎn)生波形變化的信號，力口上非門的物理延遲，則導致產(chǎn)生的信號像系統(tǒng)時鐘一樣，out端產(chǎn)生波形的頻率則為
Fout = 其中At為一個環(huán)形振蕩器的電路延遲。環(huán)形振蕩器起到的是輸出特征數(shù)TM
值的作用延遲器的一個功能是保證了感應部分的頻率低于IC可以承受的最大值。其延時的值為ATdelay，其余的總延遲為Λ Tall，這樣電路產(chǎn)生的頻率(Point處)
F =^^7^7延遲器的延遲 Δ Tdelay=n* Λ Tal1，= (n +1)* ATall。從公式可以
看出控制n的值便可以達到降低整體頻率的要求，并且Foc!;第二功能也是感應部分的核心，則是通過tru端控制其延遲的時長。當tru端的電壓不同時，影響到的延遲器的延遲時
長也不同，ATdelay=f(v)，因此F，為了使得F受f(v)變化影響比較大，則
需要對于很小的△￥，其Af(V),也比較大。在我們的設計中，感應部分使用環(huán)形振蕩器和延遲器，它對電路電壓，環(huán)境等因素的敏感度較大，這些都是通過延遲器來感應，最終體現(xiàn)在環(huán)形震蕩電路某一點的輸出波形上。感應部分的設計亮點主要是使用了延遲器，因為在只使用奇數(shù)個非門的情況下其產(chǎn)生的反應頻率是很大，而且利用計數(shù)器很難準確的計數(shù)，因為這是亞穩(wěn)態(tài)。利用延遲期，則消除了這種情況，既保證了電路頻率不過高，又能體現(xiàn)出感應部分的反應特性。圖4是一個三態(tài)門，是交互控制的核心部位。交互控制部分是敏感元對電路反應特性的一條聯(lián)系裝置，因此對于交互控制的設計既需要保證敏感元的運轉不干擾原設計電路，而且還需要可以充分的讓敏感元與電路的關鍵部位相連，這樣才能有效的“監(jiān)視”電路 的變化。為此，交互控制的設計主要用到了三態(tài)門來達到高祖態(tài)的作用，這樣在一定的控制下就可以實現(xiàn)與原設計電路的分離。圖4是其具體實現(xiàn)，en控制著A和B的關系，en為高電平時A與B連通，此時外界電路的特征就可以通過敏感元來反應，否則B呈高阻態(tài)，即A與B隔離從而實現(xiàn)了 A端不影響B(tài)端所接觸的電路。圖5則是延遲器的詳細介紹，A與B分別是需要延遲的兩個端口，Cl，C2以及C3相當于觸發(fā)器，當其左邊的值和右邊的值不一樣時，則將左邊的值傳給右邊，由于物理器件有延遲，因此造成最后總體的延遲效果；C端通過電路D，會改變延遲路線的延遲大小，D電路的功能則是可以接受C端的輸入，但是其輸出值總為另一個輸入的值，這個電路在功能上，不會使C端起到作用，但是由于電壓等電氣信號的影響，C端的電壓等電氣信號的不同，會影響到電路D的延遲大小，最終造成整個電路的延遲改變。本發(fā)明具有的理論意義和實際應用價值1.在盤路分析方法以及其他的硬件木馬檢測方法中，本設計可以替代電流表、示波器等器材，很大程度降低了檢測成本，同時也節(jié)省了一定的人力。2.將盤路信號轉換為容易處理的數(shù)字信號，這有利于對檢測到的數(shù)據(jù)做之后的處理比如數(shù)據(jù)挖掘等。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
權利要求
1.一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置，其特征在于，包括殼體，設置在殼體內的計數(shù)模塊、與計數(shù)模塊連接的感應模塊、與計數(shù)模塊連接的輸入端口和輸出模塊、以及與感應模塊連接的交互控制端口。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置，其特征在于，所述的計數(shù)模塊包括定時器以及與定時器連接的計數(shù)器。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置，其特征在于，所述感應模塊包括一個環(huán)形振蕩器以及與環(huán)形振蕩器連接的延遲器。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置，其特征在于，所述交互控制端口采用一個三態(tài)門。
5.一種權利要求I所述的用于感應電路盤路信號的敏感元裝置的檢測方法，其特征在于， 步驟1，通過輸入端口打開敏感裝置的工作狀態(tài)以及清零流程； 步驟2，感應模塊感應電路的盤路信號，生成特征波形； 步驟3，計數(shù)模塊將步驟2中感應模塊將生成的特征波轉換為特征值， 步驟4，輸出端口輸出特征值，對比不同的盤路信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置的檢測方法，其特征在于，所述的步驟2中，感應模塊的具體工作方法如下 環(huán)形振蕩器用于輸出特征數(shù)值所述環(huán)形振蕩器不斷的從O到I再到O的信號變化中產(chǎn)生波形變化的信號，加上非門的物理延遲，則導致產(chǎn)生的信號像系統(tǒng)時鐘一樣，out端產(chǎn)生波形的頻率則為Fout = i，其中At為一個環(huán)形振蕩器的電路延遲；Ζ/λΙ 所述延遲器的用于將感應模塊頻率低于IC可以承受的最大值，其延時的值為ATdelay，其余的總延遲為Λ TalI，這樣電路產(chǎn)生的頻F =隱二 +尬"延遲器的延遲Δ Tdelay=n* Δ Tall, =(”丄丨;從公式可以看出控制η的值便可以達到降低整體頻率的要求，并且;第二功能也是感應部分的核心，則是通過tru端控制其延遲的時長；當tru端的電壓不同時，影響到的延遲器的延遲時長也不同，ATdelay=f(V)，因此F = f(v) I ΑΤαΠ，為了使得F受f (V)變化影響比較大，則需要對于很小的AV，其Af(v)，也比較大。
7.根據(jù)權利要求I所述的一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置的檢測方法，其特征在于，所述計數(shù)模塊的定時器和計數(shù)器受控于輸入端口的同一個復位信號，定義Point則是計數(shù)器的計數(shù)依據(jù)端口，即計算在Point端口的信號跳變次數(shù)，工作流程如下 步驟a，復位信號的下降沿，清零操作，對計數(shù)部分所有寄存器清空； 步驟b，復位信號的上升沿(用RST丨表示)，促使狀態(tài)機定時器開始定時，計數(shù)器開始對point端計數(shù)； 步驟C，定時器定時結束，并輸出信號給計數(shù)器； 步驟d，計數(shù)器接收到輸出信號，停止計數(shù)，并輸出目前的數(shù)值給輸出端口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于感應電路盤路信號的敏感元裝置及其檢測方法。主要包含包括殼體，設置在殼體內的計數(shù)模塊、與計數(shù)模塊連接的感應模塊、與計數(shù)模塊連接的輸入端口和輸出模塊、以及與感應模塊連接的交互控制端口。計數(shù)模塊主要用來將感應部分的輸出波形轉換為特征數(shù)值，同時輸出。交互控制端口是敏感元對電路反應特性的一條聯(lián)系裝置。端口包含輸入和輸出的外部端口，輸入控制敏感元的工作狀態(tài),輸出則是輸出敏感元采集到的特征值。感應模塊則是核心部位，使用環(huán)形振蕩器和延遲器，主要體現(xiàn)在環(huán)形電路某一點的輸出波形上。本發(fā)明無需額外的測試工具便可以方便的得到電路的電氣特征，同時使得得到的特征值穩(wěn)定，無波動，節(jié)省了大量的勞力和物力。
文檔編號G01R31/303GK102809725SQ201210299908
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權日2012年8月22日
發(fā)明者唐明, 楊建康, 孫偉晉, 陳彥昊, 李偉杰 申請人:武漢大學