【摘要】：隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,其產(chǎn)品已滲入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的方方面面。小到智能手機(jī)、平板電腦、智能盒子等個(gè)人用品,大到計(jì)算機(jī)、汽車(chē)電子、智能化工業(yè)等大型設(shè)備,大大豐富了集成電路芯片的應(yīng)用領(lǐng)域。不僅如此,國(guó)家的軍用設(shè)備、軍事通信、航天衛(wèi)星等,同樣也離不開(kāi)芯片的應(yīng)用。然而,芯片設(shè)計(jì)是多方合作的結(jié)果并且我國(guó)的芯片大部分依賴于進(jìn)口,使其安全性需要得到足夠的重視。因此,開(kāi)展硬件木馬設(shè)計(jì)的研究工作,有利于為木馬檢測(cè)提供新的方向,建立更加全面的安全信息系統(tǒng)。本文基于目標(biāo)電路AHB-SRAM控制器,在RTL級(jí),對(duì)現(xiàn)有木馬檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析,從而對(duì)數(shù)字型硬件木馬的代碼設(shè)計(jì)規(guī)則提出新的要求,并對(duì)木馬計(jì)數(shù)器模塊進(jìn)行優(yōu)化。然后,對(duì)目標(biāo)電路的電路實(shí)現(xiàn),各模塊接口等進(jìn)行分析,標(biāo)記出其電路脆弱點(diǎn),并設(shè)計(jì)8種不同觸發(fā)類(lèi)型的硬件木馬進(jìn)行插入,通過(guò)軟件仿真驗(yàn)證其有效性,并通過(guò)綜合后的功耗、面積等數(shù)據(jù),進(jìn)行總結(jié)優(yōu)化。最后,基于硬件木馬,提出一種IP版權(quán)保護(hù)機(jī)制的新方法。在硬件木馬設(shè)計(jì)的研究中,本文開(kāi)展了以下工作:(1)對(duì)硬件木馬的概念、分類(lèi)、常用設(shè)計(jì)類(lèi)型以及檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)。(2)分析RTL級(jí)現(xiàn)有木馬檢測(cè)技術(shù),提出躲避傳統(tǒng)檢測(cè)、躲避UCI檢測(cè)以及提高可控性的木馬代碼設(shè)計(jì)新規(guī)則及具體實(shí)施方法。(3)在相同頻率等條件下,對(duì)二進(jìn)制、格雷碼及獨(dú)熱碼三種編碼方式的木馬計(jì)數(shù)器模塊進(jìn)行仿真綜合。其中,對(duì)于格雷碼,由于其電路復(fù)雜度較高,使其面積為二進(jìn)制編碼面積的1.18倍,是獨(dú)熱碼編碼的1.15倍,但其動(dòng)態(tài)功耗相比于二進(jìn)制編碼減少20%;對(duì)于獨(dú)熱碼,它具有最低的動(dòng)態(tài)功耗,相比于二進(jìn)制編碼減少49%,相比于格雷碼減少36%,并且其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,面積與二進(jìn)制編碼相近。分析得出,采用獨(dú)熱碼編碼的計(jì)數(shù)器模型有利于提高木馬隱蔽性,并且通過(guò)帶使能端的多級(jí)串聯(lián)能夠有效解決獨(dú)熱碼計(jì)數(shù)周期短的缺點(diǎn)。(4)設(shè)計(jì)目標(biāo)電路AHB-SRAM控制器,對(duì)選取理由、故障檢測(cè)算法、電路實(shí)現(xiàn)以及各模塊接口進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。著重對(duì)電路BIST模塊的March C算法進(jìn)行分析,從而找出其算法漏洞,并結(jié)合目標(biāo)電路,羅列出其電路脆弱點(diǎn)。(5)基于以上代碼設(shè)計(jì)規(guī)則以及模型優(yōu)化,設(shè)計(jì)了8種不同觸發(fā)類(lèi)型的硬件木馬插入到目標(biāo)電路中,包括1種組合邏輯型木馬、4種計(jì)數(shù)器型木馬以及3種狀態(tài)機(jī)型木馬,通過(guò)軟件仿真驗(yàn)證其有效性,并通過(guò)電路綜合報(bào)告,從功耗、面積、觸發(fā)率等因素進(jìn)行對(duì)比及總結(jié)。得出,計(jì)數(shù)器型木馬在實(shí)現(xiàn)較低觸發(fā)率的同時(shí)會(huì)以面積和功耗作為代價(jià),而狀態(tài)機(jī)型在實(shí)現(xiàn)較低觸發(fā)率的同時(shí)其面積和功耗具有一定優(yōu)勢(shì),并且采用電路復(fù)用的設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步減少其面積與功耗�？偨Y(jié)可知,在滿足其觸發(fā)需求的情況下,應(yīng)首要考慮狀態(tài)機(jī)型木馬的使用。(6)基于硬件木馬,通過(guò)計(jì)數(shù)器與狀態(tài)機(jī)結(jié)合的設(shè)計(jì)方式,實(shí)現(xiàn)固定時(shí)間和特定事件觸發(fā),展現(xiàn)了其作為IP版權(quán)保護(hù)機(jī)制的可行性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN402;TP309
【圖文】：

從最近幾年的文章來(lái)看，國(guó)內(nèi)的主要研究重點(diǎn)在于硬件木馬的檢測(cè)方法，而對(duì)于硬件木馬的設(shè)計(jì)理論研究較少，其木馬各方向論文數(shù)量對(duì)比如圖 1.2 所示。圖1.2 木馬各研究方向論文數(shù)量對(duì)比1.3 論文結(jié)構(gòu)安排本論文共分為五部分。第一章，首先說(shuō)明了集成電路在現(xiàn)代生活中的重要作用，并從其安全性出發(fā)，闡

圖 3.5 展示了門(mén)單元的不可控度，計(jì)算時(shí)認(rèn)為每個(gè)信號(hào)都是獨(dú)立的，忽略了信號(hào)之間的依賴關(guān)系。圖3.5 門(mén)單元的不可控度有了每個(gè)信號(hào)的不可控度，攻擊者就可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇硬件木馬的輸入節(jié)點(diǎn)。

【相似文獻(xiàn)】

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1 朱哲立;基于AHB-SRAM控制器的硬件木馬研究與設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2713166