一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法
【專利說明】一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于計算機算法領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0003]對于應用于航空電子、金融、交通等安全敏感系統(tǒng)中的集成電路(IC)芯片，需要特別關(guān)注其可靠性、安全性和可信度.但集成電路產(chǎn)業(yè)的全球化趨勢，使得IC芯片的設計與制造過程相分離，導致IC芯片在外包制造過程中存在風險:部分不可信的制造商可能更改IC芯片的原始設計，嵌入所謂的硬件木馬電路；這些電路能在特定的觸發(fā)條件下被激活，從而泄漏芯片內(nèi)部的敏感信息或擾亂芯片的原始功能，使整個系統(tǒng)失效.由于硬件木馬的潛在危害巨大，而且采用傳統(tǒng)的測試技術(shù)難以檢測，因此，硬件木馬被認為是對集成電路安全性的一個重大威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，包括如下步驟:
(1)對每個無硬件木馬的集成電路芯片(I1,I2,…，In)施加測試向量Vt，使芯片執(zhí)行運算操作C，測量收集芯片的瞬時功耗信息L次，采集得到無硬件木馬芯片的LXN條功耗曲線；
(2)對可疑芯片IN+1施加測試向量Vt，使它執(zhí)行與無木馬芯片相同的運算操作C，測量收集其瞬時功耗信息L次，采集得到可疑芯片的L條功耗曲線；
(3)利用奇異值分解算法對無木馬芯片(I1,I2,…，In)的功耗波形數(shù)據(jù)進行分析，獲得子空間S，并將這些功耗波形數(shù)據(jù)投影到該子空間上；
(4)將可疑芯片IN+1的功耗波形數(shù)據(jù)投影到子空間S上；
(5)比較步驟(3)和(4)中得到的投影值的特征，如果兩者的特征一致，則表明可疑芯片IN+1中不存在硬件木馬，反之則存在硬件木馬。
[0006]優(yōu)選的，所述檢測方法基于如下假設:能獲得N個已確認無硬件木馬存在的集成電路芯片。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟(I)中對無硬件木馬的集成電路芯片Ik(k =1,2,…，N)進行一次芯片瞬時功耗的測量，所獲得的功耗rk(t; Ik; C;M)可分解為3個部分，為rk (t; Ik; C;M) =P(t;C)+v(t; Ik;C)+n(t;M)，t 為時間;P(t;C)為平均功耗，v(t; Ik;C)為工藝噪聲，n(t;M)為測量噪聲。
[0008]優(yōu)選的，所述步驟(2)中計算每個芯片的L條功耗曲線的平均值，得到以消除測量噪聲的影響。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟(2)中計算N條無硬件木馬芯片的平均功耗曲線的平均值，消除工藝噪聲。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟(2)中根據(jù)消除測量噪聲和工藝噪聲后，得到P(t;C)，計算各個芯片的功耗。
[0011]有益效果:本發(fā)明提供了一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，具有非破壞性、實施開銷小等優(yōu)點，即使在測量噪聲和工藝噪聲較大的環(huán)境中，利用該檢測方法能檢測出芯片中面積比原始設計電路小2個數(shù)量級的硬件木馬，同時探討比奇異值分解算法更適用的信號處理技術(shù)，提高硬件木馬檢測時的效率，可以通過計算每個芯片的L條功耗曲線的平均值，消除測量噪聲的影響和通過計算N條無硬件木馬芯片的平均功耗曲線的平均值，消除工藝噪聲，得到P (t; C)，可以減少計算量，節(jié)約了時間和人力。
【具體實施方式】
[0012]一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，包括如下步驟:
(1)檢測方法基于如下假設:能獲得N個已確認無硬件木馬存在的集成電路芯片，對每個無硬件木馬的集成電路芯片(IpI2,…，In)施加測試向量Vt，使芯片執(zhí)行運算操作C，測量收集芯片的瞬時功耗信息L次，采集得到無硬件木馬芯片的LXN條功耗曲線，對無硬件木馬的集成電路芯片Ik(k =1,2,…，N)進行一次芯片瞬時功耗的測量，所述功耗測量過程所獲得的功耗 rk(t; Ik;C;M)可分解為 rk(t; Ik;C;M) =P(t;C) +v(t; Ik;C) +n(t;Μ)，t 為時間；P(t;C)為平均功耗，V (t; Ik;C)為工藝噪聲，n (t;Μ)為測量噪聲；
(2)對可疑芯片ΙΝ+1施加測試向量Vt，使它執(zhí)行與無木馬芯片相同的運算操作C，測量收集其瞬時功耗信息L次，采集得到可疑芯片的L條功耗曲線；
(3)計算每個芯片的L條功耗曲線的平均值，以消除測量噪聲的影響；
(4)為消除工藝噪聲，計算步驟(3)中得到的N條無硬件木馬芯片的平均功耗曲線的平均值，得到P(t;C)；
(5)根據(jù)式(3)、(4)計算各個芯片的功耗；
(6)利用奇異值分解算法對無木馬芯片(I1,I2,…，In)的功耗波形數(shù)據(jù)進行分析，獲得子空間S，并將這些功耗波形數(shù)據(jù)投影到該子空間上；
(7)將可疑芯片IN+1的功耗波形數(shù)據(jù)投影到子空間S上；
(8)比較步驟(6)和(7)中得到的投影值的特征，如果兩者的特征一致，則表明可疑芯片IN+1中不存在硬件木馬，反之則存在硬件木馬。
[0013]本發(fā)明提供了一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，具有非破壞性、實施開銷小等優(yōu)點，即使在測量噪聲和工藝噪聲較大的環(huán)境中，利用該檢測方法能檢測出芯片中面積比原始設計電路小2個數(shù)量級的硬件木馬，同時探討比奇異值分解算法更適用的信號處理技術(shù)，提高硬件木馬檢測時的效率，可以通過計算每個芯片的L條功耗曲線的平均值，消除測量噪聲的影響和通過計算N條無硬件木馬芯片的平均功耗曲線的平均值，消除工藝噪聲，得到P (t; C)，可以減少計算量，節(jié)約了時間和人力。
[0014]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)對每個無硬件木馬的集成電路芯片(I1,I2,…，In)施加測試向量Vt，使芯片執(zhí)行運算操作C，測量收集芯片的瞬時功耗信息L次，采集得到無硬件木馬芯片的LXN條功耗曲線； (2)對可疑芯片IN+1施加測試向量Vt，使它執(zhí)行與無木馬芯片相同的運算操作C，測量收集其瞬時功耗信息L次，采集得到可疑芯片的L條功耗曲線； (3)利用奇異值分解算法對無木馬芯片(I1,I2,…，In)的功耗波形數(shù)據(jù)進行分析，獲得子空間S，并將這些功耗波形數(shù)據(jù)投影到該子空間上； (4)將可疑芯片IN+1的功耗波形數(shù)據(jù)投影到子空間S上； (5)比較步驟(3)和(4)中得到的投影值的特征，如果兩者的特征一致，則表明可疑芯片IN+1中不存在硬件木馬，反之則存在硬件木馬。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，其特征在于:所述檢測方法基于如下假設:能獲得N個已確認無硬件木馬存在的集成電路芯片。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，其特征在于:所述步驟(I)中對無硬件木馬的集成電路芯片Ik(k =1,2,…，N)進行一次芯片瞬時功耗的測量，所獲得的功耗rk(t;Ik;C;M)可分解為3個部分，為1',(七；11;;(:^)=?&;0+奴411;;0+11(t;M)，t為時間；P(t;C)為平均功耗，V(t; Ik;C)為工藝噪聲，n(t;M)為測量噪聲。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，其特征在于:所述步驟(2)中計算每個芯片的L條功耗曲線的平均值，得到以消除測量噪聲的影響。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，其特征在于:所述步驟(2)中計算N條無硬件木馬芯片的平均功耗曲線的平均值，消除工藝噪聲。
6.按照權(quán)利要求4、5所述的一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，其特征在于:所述步驟(2)中根據(jù)消除測量噪聲和工藝噪聲后，得到P(t;C)，計算各個芯片的功耗。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于旁路分析的硬件木馬檢測方法，具有非破壞性、實施開銷小等優(yōu)點，即使在測量噪聲和工藝噪聲較大的環(huán)境中，利用該檢測方法能檢測出芯片中面積比原始設計電路小2個數(shù)量級的硬件木馬，同時探討比奇異值分解算法更適用的信號處理技術(shù)，提高硬件木馬檢測時的效率，可以通過計算每個芯片的L條功耗曲線的平均值，消除測量噪聲的影響和通過計算N條無硬件木馬芯片的平均功耗曲線的平均值，消除工藝噪聲，得到P(t;C)，可以減少計算量，節(jié)約了時間和人力。
【IPC分類】G01R31-28
【公開號】CN104764992
【申請?zhí)枴緾N201510174805
【發(fā)明人】胡劍鋒
【申請人】江西科技學院
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月14日