指紋方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于IP芯核集成電路的IP保護【技術(shù)領(lǐng)域】，是對IP芯核進行數(shù)字指紋嵌入和驗證的一種指紋方法。包括指紋嵌入部分和指紋驗證部分。指紋嵌入部分包括：首先把版權(quán)信息加密后生成數(shù)字指紋，IP設(shè)計經(jīng)過預(yù)處理后，完成數(shù)字指紋與網(wǎng)表單元的映射，將映射的網(wǎng)表單元固定，運行EDA電路劃分工具，完成數(shù)字指紋的嵌入。指紋驗證部分包括：在數(shù)字指紋系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，由IP的編號查找用戶對應(yīng)的數(shù)字指紋，并提取原始IP網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件，生成當(dāng)前用戶經(jīng)指紋保護的IP模塊，并生成與待驗證IP同一層次的IP模塊，采用模糊匹配算法與存在版權(quán)糾紛的IP模塊進行比對。該指紋方法效率高、費用低和開銷低。
【專利說明】指紋方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于IP芯核集成電路的IP保護【技術(shù)領(lǐng)域】，是對IP芯核進行數(shù)字指紋嵌入和驗證的一種指紋方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，超大規(guī)模集成電路(VLSI)系統(tǒng)高度的復(fù)雜化給芯片設(shè)計提出了新的要求，依靠傳統(tǒng)的設(shè)計方法已無法滿足當(dāng)今芯片設(shè)計的需求。片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計作為新型高效的設(shè)計方法，解決了集成電路設(shè)計成本、性能和低電耗等問題。IP(Intellectual Property)復(fù)用在SoC設(shè)計中對解決設(shè)計層次、降低產(chǎn)品成本、縮短設(shè)計周期、降低市場風(fēng)險起到了關(guān)鍵性的作用，但同時也暴露了很大的風(fēng)險。隨著近年來IP盜版在亞洲尤其是在中國的泛濫，IP的安全正在受到威脅，IP所有者和IP的用戶正在受到侵犯，國民經(jīng)濟和社會發(fā)展受到阻礙。IP保護技術(shù)這一重要課題也因而受到人們的普遍關(guān)注并得到了飛快發(fā)展。
[0003]為了解決IP安全問題，在VLSI設(shè)計的各個層面出現(xiàn)了大量IP保護技術(shù)，如標(biāo)簽技術(shù)、指紋技術(shù)和數(shù)字水印技術(shù)等。標(biāo)簽技術(shù)如PUF (Physically Unclonable Function)通過在IP核內(nèi)部設(shè)置“標(biāo)簽”存放版權(quán)信息，并通過外部“檢測器”來檢測標(biāo)簽的存在與否。數(shù)字水印技術(shù)把不可見的、難以除掉的代碼永久地保存到設(shè)計中以到達IP保護目的。數(shù)字水印技術(shù)在VLSI設(shè)計的前端和后端過程都得到了長足的發(fā)展。
[0004]IP保護數(shù)字指紋技術(shù)由Lach等提出，以解決方案的劃分為基礎(chǔ)，把一個最初的解決方案劃分成很多部分，為每一部分提供幾種不同的實現(xiàn)形式，通過選擇不同組合來生成一定數(shù)量的功能相同、結(jié)構(gòu)不同的IP設(shè)計。Caldwell等提出一種基于遞增迭代優(yōu)化技術(shù)的IP數(shù)字指紋保護方法。相比較于Lach等的方法，此方案的實現(xiàn)開銷更低，能更有效地抵抗共謀攻擊。Qu將額外約束疊加到原始設(shè)計問題并產(chǎn)生大量帶有指紋的IP設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決IP保護與驗證問題，提供一種高效率、低費用和低開銷的數(shù)字指紋方法。
[0006]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明所述的一種指紋方法，首先對IP芯核進行數(shù)字指紋嵌入，包括順序執(zhí)行以下步
驟:
(A)生成特定用戶的IP版權(quán)信息；
(B)生成數(shù)字指紋，利用加密算法加密上述特定用戶的IP版權(quán)信息生成數(shù)字指紋；
(C)拆分?jǐn)?shù)字指紋，把數(shù)字指紋按一定大小順序分組，得到若干數(shù)字指紋塊；
(D)數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射，順序以數(shù)字指紋塊為輸入，采用混合同余法生成范圍在網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的網(wǎng)表單元總數(shù)以內(nèi)的隨機數(shù)，選定單元序號為該隨機數(shù)的網(wǎng)表單元與所述數(shù)字指紋匹配； (E)網(wǎng)表單元的處理，將上一步驟映射的網(wǎng)表單元移動到固定電路分區(qū)；
(F)循環(huán)執(zhí)行過程(D)?(E)，直至所有的指紋信息的數(shù)字指紋塊全部完成映射；
(G)數(shù)字指紋的嵌入保護；運行EDA電路劃分工具，輸出帶有該特定用戶數(shù)字指紋信息的IP芯核的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件，用于生成用戶所需要的IP模塊。
[0007]上述指紋方法，在數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射之前，利用post script對IP設(shè)計網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)預(yù)處理，至少提取并保留網(wǎng)表單元序號、分區(qū)號、權(quán)重、節(jié)點信息，得到簡化的網(wǎng)表文件；隨后進行的數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射是針對簡化的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件進行的。
[0008]上述指紋方法，在網(wǎng)表單元處理之前，根據(jù)網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的網(wǎng)表單元所在線網(wǎng)的單元數(shù)目判斷是否對該單元進行指紋保護，如該線網(wǎng)的單元數(shù)目大于特定值，則該網(wǎng)表單元不做處理，如該線網(wǎng)的單元數(shù)目小于等于特定值則進入網(wǎng)表單元處理步驟。
[0009]上述任意一項所述的指紋方法，輸出帶有該特定用戶數(shù)字指紋信息的IP芯核的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件之后，至少將所述網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件、IP版權(quán)信息、加密密鑰以及數(shù)字指紋，委托可信任的第三方權(quán)威機構(gòu)保存。
[0010]采用上述技術(shù)方案后，該指紋方法提出了基于FPGA保護的多層次的指紋保護系統(tǒng)，首先在網(wǎng)表層嵌入指紋，然后在二進制流層嵌入相同的指紋，在VLSI設(shè)計前端過程對電路網(wǎng)表文件進行操作，通過單元固定嵌入數(shù)字指紋。該方法嵌入的數(shù)字指紋具有安全性高、使用便利、資源開銷低、抗共謀攻擊等特點。與接近的【背景技術(shù)】相比較，本發(fā)明所述的數(shù)字指紋方法具有以下優(yōu)點:(一)具有透明性。此方法可對任意集成電路的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件(cdl, spice, aucdl等格式)進行數(shù)字指紋操作?？梢詫Σ煌O(shè)計方法、不同工藝下所有種類的IP進行數(shù)字指紋保護，具有普遍性與透明性。(二)本發(fā)明在VLSI物理設(shè)計前端過程操作網(wǎng)表文件，可根據(jù)用戶需求運行EDA工具生成各種形式的IP模塊，提高了數(shù)字指紋IP保護的便利性和安全性。(三)本發(fā)明提出的IP保護數(shù)字指紋可適用于ASIC模塊和FPGA模塊，發(fā)生版權(quán)糾紛時明確IP所有者與IP用戶的責(zé)任。(四)本發(fā)明利用模糊匹配算法對存在版權(quán)糾紛的IP模塊進行分析比對，提高了 IP驗證的準(zhǔn)確度。(五)本發(fā)明利用真隨機數(shù)和多種加密算法生成數(shù)字指紋，提高了數(shù)字指紋系統(tǒng)的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明中數(shù)字指紋的嵌入以及備案保存過程的流程圖。
[0012]圖2是本發(fā)明中利用數(shù)字指紋方法實施IP保護和驗證的流程圖。
[0013]圖3是本發(fā)明中數(shù)字指紋產(chǎn)生方法的流程圖。
[0014]圖4是本發(fā)明中IP數(shù)字指紋化的流程圖。
[0015]圖5是本發(fā)明中線網(wǎng)指紋化無向圖的生成示意圖。
[0016]圖6是本發(fā)明中IP驗證的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，本發(fā)明所述的一種指紋方法首先對IP芯核進行數(shù)字指紋嵌入，包括順序執(zhí)行以下步驟:
(A)生成特定用戶的IP版權(quán)信息； (B)生成數(shù)字指紋，利用加密算法加密上述特定用戶的IP版權(quán)信息生成數(shù)字指紋；
(C)拆分?jǐn)?shù)字指紋，把數(shù)字指紋按一定大小順序分組，得到若干數(shù)字指紋塊；
(D)數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射，順序以數(shù)字指紋塊為輸入，采用混合同余法生成范圍在網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的網(wǎng)表單元總數(shù)以內(nèi)的隨機數(shù)，選定單元序號為該隨機數(shù)的網(wǎng)表單元與所述數(shù)字指紋匹配；
(E)網(wǎng)表單元的處理，將上一步驟映射的網(wǎng)表單元移動到固定電路分區(qū)；
(F)循環(huán)執(zhí)行過程(D)?(E)，直至所有的指紋信息的數(shù)字指紋塊全部完成映射；
(G)數(shù)字指紋的嵌入保護；運行EDA電路劃分工具，輸出帶有該特定用戶數(shù)字指紋信息的IP芯核的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件。
[0018]其中，在數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射之前，利用post script對IP設(shè)計網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)預(yù)處理，至少提取并保留網(wǎng)表單元序號、分區(qū)號、權(quán)重、節(jié)點信息，得到簡化的網(wǎng)表文件；隨后進行的數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射是針對簡化的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件進行的。經(jīng)過預(yù)處理的網(wǎng)表文件信息量大為減少，有利于提高運行效率，降低運行成本。
[0019]另外，還可以在網(wǎng)表單元處理之前，根據(jù)網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的網(wǎng)表單元所在線網(wǎng)的單元數(shù)目判斷是否對該單元進行指紋保護，如該線網(wǎng)的單元數(shù)目大于特定值，則該網(wǎng)表單元不做處理，如該線網(wǎng)的單元數(shù)目小于等于特定值則進入網(wǎng)表單元處理步驟。這樣也可以減小系統(tǒng)運行負(fù)擔(dān)，提聞運行效率。
[0020]另外，為便于日后出現(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)糾紛時比對指紋特征，在生成并輸出帶有該特定用戶數(shù)字指紋信息的IP芯核的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件之后，至少將所述網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件、IP版權(quán)信息、加密密鑰以及數(shù)字指紋，委托可信任的第三方權(quán)威機構(gòu)保存。
[0021]實施例1:
本發(fā)明提供了保護IP的數(shù)字指紋方法，在IP發(fā)布前通過如上所述步驟嵌入IP所有者和IP用戶信息聯(lián)合生成的數(shù)字指紋。在發(fā)生侵權(quán)糾紛后，通過先前保存在第三方權(quán)威機構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)生成IP模塊樣本，利用模糊匹配算法與被控侵權(quán)方提供的目標(biāo)IP模塊進行比對，通過比對不僅可以判斷IP的合法性，在IP模塊侵權(quán)的情況下還可以分清侵權(quán)責(zé)任方。IP所有者指的是擁有IP產(chǎn)權(quán)的企業(yè)、團體及個人。IP用戶指的是任何購買使用IP的企業(yè)、團體或個人。
[0022]本發(fā)明實施IP保護的另一個前提是必須有一個可信任的第三方權(quán)威機構(gòu)，負(fù)責(zé)保存和記錄數(shù)字指紋信息以及受保護的IP。任何IP發(fā)布前，必須到第三方進行申請和登記。登記內(nèi)容包括IP設(shè)計網(wǎng)表文件、IP版權(quán)信息、加密密鑰、IP數(shù)字指紋以及IP數(shù)字指紋保護過程中產(chǎn)生的其它相關(guān)信息等。第三方同時負(fù)責(zé)IP數(shù)字指紋的嵌入、驗證以及版權(quán)裁
定等工作。
[0023]本發(fā)明在VLSI設(shè)計前端過程對電路網(wǎng)表文件進行操作，通過指紋映射與單元固定嵌入數(shù)字指紋，運行EDA工具生成各種形式的IP。該方法嵌入的數(shù)字指紋具有安全性高、驗證準(zhǔn)確、使用便利、資源開銷低、抗共謀攻擊等特點。
[0024]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】具體說明。
[0025]圖1是本發(fā)明中數(shù)字指紋的嵌入以及備案保存過程的流程圖。圖2是本發(fā)明中利用數(shù)字指紋方法實施IP保護和驗證的流程圖。
[0026]如圖1、圖2所示，數(shù)字指紋的嵌入流程如下: (I)首先采集IP所有者和IP用戶的相關(guān)識別數(shù)據(jù)信息，如公司名稱、組織機構(gòu)代碼、自然人的姓名等具有識別意義的字符生成針對該特定用戶的IP版權(quán)信息；該IP版權(quán)信息內(nèi)含IP所有者和IP用戶共同的識別信息，若IP模塊遭到非法復(fù)制或篡改，IP驗證器可明確是哪位用戶或提供商進行了 IP非法行為。
[0027](2)利用真隨機數(shù)發(fā)生器生成數(shù)據(jù)加密密鑰Key，利用單向hash算法MD5處理版權(quán)信息文件生成16進制數(shù)序列，再經(jīng)過RC4算法加密生成所需數(shù)字指紋。當(dāng)然，也可以采用其他加密算法生成數(shù)字指紋，其目的是將可識別的數(shù)據(jù)加密形成未經(jīng)解密不可識別的數(shù)據(jù)，避免非授權(quán)用戶使用。
[0028](3)數(shù)字指紋生成以后即可進入IP數(shù)字指紋保護階段，將數(shù)字指紋經(jīng)過指紋嵌入器處理后嵌入受保護的IP。
[0029](4)為便于日后出現(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)糾紛時比對指紋特征，在IP數(shù)字指紋保護完成之后，將產(chǎn)生的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件、IP版權(quán)信息、加密密鑰以及數(shù)字指紋，委托可信任的第三方權(quán)威機構(gòu)保存。第三方可根據(jù) 申請人:提供的上述數(shù)據(jù)，加入時間戳，并生成數(shù)字指紋。若IP模塊遭到非法復(fù)制或篡改，便可使用IP驗證器鑒別是哪位用戶或提供商進行了 IP非法行為。若非法IP模塊與標(biāo)準(zhǔn)IP模塊(指的是從數(shù)據(jù)庫提取并指紋化的IP模塊)完全匹配，則斷定版權(quán)侵犯人為IP用戶。否則，IP所有者應(yīng)為IP侵權(quán)負(fù)責(zé)。
[0030]數(shù)字指紋的驗證就是根據(jù)第三方保存的數(shù)字指紋信息對存在版權(quán)糾紛的IP模塊進行合法性驗證。當(dāng)IP用戶或IP所有者需要確認(rèn)存在糾紛的IP是否合法時，提出驗證申請，第三方權(quán)威機構(gòu)利用本發(fā)明的IP工具從信息庫提取數(shù)字指紋，生成指紋保護的IP模塊，完成與存在版權(quán)糾紛的IP模塊的模糊匹配比對，驗證該IP的合法性?；蛘撸?dāng)IP利用的任何一方對某一正在使用的IP產(chǎn)生質(zhì)疑時，可向第三方權(quán)威機構(gòu)提出驗證申請，根據(jù)驗證結(jié)果，進行IP合法性的權(quán)威裁定。
[0031]圖4給出了數(shù)字指紋生成的過程。根據(jù)IP所有者和IP用戶提交的IP版權(quán)信息生成版權(quán)信息文件，第三方權(quán)威機構(gòu)進行信息檢查，使用MD5散列算法進行處理減少信息冗余。利用真隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生加密私用密鑰Key，利用RC4加密算法對版權(quán)信息文本文件加密生成數(shù)字指紋，增強系統(tǒng)安全性。
[0032]圖5給出了本發(fā)明中數(shù)字指紋方法的嵌入流程。一個以網(wǎng)表形式存在的IP，在經(jīng)過本發(fā)明提供的工具進行數(shù)字指紋保護后，可繼續(xù)進行后續(xù)的設(shè)計制作流程。
[0033]過程開始，首先根據(jù)用戶提供的IP網(wǎng)表文件格式進行初始化，利用post script對IP設(shè)計網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)預(yù)處理，至少提取并保留網(wǎng)表單元序號、分區(qū)號、權(quán)重、節(jié)點信息，得到簡化的網(wǎng)表文件；隨后進行的數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射是針對簡化的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件進行的。使網(wǎng)表形式的數(shù)據(jù)更易于處理；數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成之后，將先前生成的數(shù)字指紋拆分成若干塊，每一數(shù)字指紋塊采用混合同余法生成隨機數(shù)，將此隨機數(shù)定義為將要進行數(shù)字指紋化的電路單元編號，完成一個數(shù)字指紋塊與電路單元的映射，多次循環(huán)執(zhí)行映射過程，直到所有數(shù)字指紋塊全部完成映射。
[0034]圖5為單元固定的示例圖，其中帶剖面線的單元4為映射的單元，被隨機固定在PI分區(qū)。首先判斷單元所在線網(wǎng)中引腳的數(shù)目是否小于某一極限值η (如η〈7)，如果符合條件，則將該單元固定于某一隨機分區(qū)，繼續(xù)下一個數(shù)字指紋塊的映射處理。如果數(shù)字指紋全部嵌入成功，返回受保護IP的線網(wǎng)數(shù)據(jù)文件，以上生成的信息納入數(shù)據(jù)庫保管。[0035]圖6給出了本發(fā)明中數(shù)字指紋方法的驗證流程。過程開始IP所有者或用戶需提交將要驗證IP產(chǎn)品相關(guān)信息(包括IP編號、數(shù)據(jù)文件等)。根據(jù)IP編號從數(shù)字指紋系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫查找用戶對應(yīng)的數(shù)字指紋，并提取原始未經(jīng)數(shù)字指紋化的IP網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件。按照數(shù)字指紋嵌入步驟，生成當(dāng)前用戶經(jīng)指紋保護的IP模塊，并運行EDA工具生成與待驗證IP同一層次的IP模塊，采用模糊匹配算法與存在版權(quán)糾紛的IP模塊進行比對，完成IP的驗證。根據(jù)IP判定結(jié)果以及判定過程所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)撰寫驗證報告并存檔。
[0036]當(dāng)然，本發(fā)明中網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件的簡化處理過程提供了一個更優(yōu)化的實施例，在其他實施例中也可以不經(jīng)簡化處理直接對網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件的電路單元經(jīng)行映射。
[0037]另外，在網(wǎng)表單元處理之前，根據(jù)網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的網(wǎng)表單元所在線網(wǎng)的單元數(shù)目判斷是否對該單元進行指紋保護，也是為提高效率采取的措施，并非必須的步驟，在其他實施例中也可以不經(jīng)判斷，對所有網(wǎng)表單元進行指紋保護。
【權(quán)利要求】
1.一種指紋方法，其特征在于:對IP芯核進行數(shù)字指紋嵌入，包括順序執(zhí)行以下步驟: (A)生成特定用戶的IP版權(quán)信息； (B)生成數(shù)字指紋，利用加密算法加密上述特定用戶的IP版權(quán)信息生成數(shù)字指紋； (C)拆分?jǐn)?shù)字指紋，把數(shù)字指紋按一定大小順序分組，得到若干數(shù)字指紋塊； (D)數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射，順序以數(shù)字指紋塊為輸入，采用混合同余法生成范圍在網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的網(wǎng)表單元總數(shù)以內(nèi)的隨機數(shù)，選定單元序號為該隨機數(shù)的網(wǎng)表單元與所述數(shù)字指紋匹配； (E)網(wǎng)表單元的處理，將上一步驟映射的網(wǎng)表單元移動到固定電路分區(qū)； (F)循環(huán)執(zhí)行過程(D)?(E)，直至所有的指紋信息的數(shù)字指紋塊全部完成映射； (G)數(shù)字指紋的嵌入保護；運行EDA電路劃分工具，輸出帶有該特定用戶數(shù)字指紋信息的IP芯核的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋方法，其特征在于:在數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射之前，利用post script對IP設(shè)計網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)預(yù)處理，至少提取并保留網(wǎng)表單元序號、分區(qū)號、權(quán)重、節(jié)點信息，得到簡化的網(wǎng)表文件；隨后進行的數(shù)字指紋塊與網(wǎng)表單元的映射是針對簡化的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件進行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的指紋方法，其特征在于:在網(wǎng)表單元處理之前，根據(jù)網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件中的網(wǎng)表單元所在線網(wǎng)的單元數(shù)目判斷是否對該單元進行指紋保護，如該線網(wǎng)的單元數(shù)目大于特定值，則該網(wǎng)表單元不做處理，如該線網(wǎng)的單元數(shù)目小于等于特定值則進入網(wǎng)表單元處理步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的指紋方法，其特征在于:輸出帶有該特定用戶數(shù)字指紋信息的IP芯核的網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件之后，至少將所述網(wǎng)表數(shù)據(jù)文件、IP版權(quán)信息、加密密鑰以及數(shù)字指紋，委托可信任的第三方權(quán)威機構(gòu)保存。
【文檔編號】G06F21/16GK103984886SQ201410241695
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】聶廷遠(yuǎn) 申請人:青島理工大學(xué)