[发明专利]采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的方法及其系统

权利要求书

1.一种采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的系统，其特征在于，它包括：

直流稳压电源，给被测FPGA芯片和施加激励FPGA芯片提供直流电源；

电流探头，测量被测FPGA芯片电源端的瞬态电流；

示波器，在被测FPGA芯片生成的触发信号的触发下，采集电流探头测量到的电流信号；

施加激励FPGA芯片，给被测FPGA芯片施加激励信号，并将被测FPGA芯片的响应信号传输至计算机中，以备与预期响应进行比较校验；

计算机，接收用户编写的激励约束，产生测试向量，并完成响应校验、示波器设置、波形数据收集、数据分析与处理工作。

2.根据权利要求1所述的采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的系统，其特征在于，被测FPGA芯片与施加激励的FPGA芯片位于同一块PCB板上，且被测FPGA芯片通过IC插座的方式安装到该PCB上。

3.根据权利要求1所述的采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的系统，其特征在于，所述电流探头串接在被测FPGA芯片的内核电源端与上述直流稳压电源输出端之间。

4.根据权利要求1所述的采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的系统，其特征在于，所述示波器设置为“单次触发模式”，示波器的信号输入端与所述电流探头连接，示波器的触发输入端与被测FPGA芯片的触发信号波形输出端相连，示波器的数据传输端与计算机相应输入端相连。

5.根据权利要求1所述的采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的系统，其特征在于，施加激励FPGA芯片的输出端与被测FPGA芯片的输入端相连，而输入端与计算机的相应输出端相连。

6.一种采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(101)计算机根据用户提供的激励约束生成相应的测试向量；

(102)采集功耗波形数据；

(103)计算机对从示波器中读取到的功耗波形数据进行处理与分析，通过比较被测FPGA芯片的功耗波形数据的特征与参考FPGA芯片功耗波形数据的特征是否一致，来判断被测FPGA芯片中是否存在恶意电路。

7.根据权利要求6所述的采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的方法，其特征在于，在步骤(101)中，所述的激励约束是由用户手动输入的。

8.根据权利要求6所述的采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的方法，其特征在于，在步骤(102)中，功耗波形数据的获得包含以下步骤：

(102a)计算机通过相应的通信接口对示波器进行设置，设置其处于“单次触发”模式；

(102b)计算机通过相应的通信接口把测试向量传输给负责施加激励的FPGA芯片；

(102c)上述负责施加激励的FPGA芯片产生相应的激励信号来驱动被测FPGA芯片工作；

(102d)被测FPGA芯片产生一个触发信号，来触发示波器采集电流探头测量到的电流信号，该电流信号再乘以电源电压以得到功耗波形数据；

(102e)计算机校验被测FPGA芯片返回的响应信号；

(102f)计算机从示波器中读取其采集到的功耗波形数据。

9.根据权利要求6所述的采用功耗分析检测FPGA芯片中恶意电路的方法，其特征在于，在步骤(103)中，计算机对从示波器中读取到的功耗波形数据进行处理与分析具体包括：

(103a)数据处理与分析流程的输入为参考FPGA芯片和被测FPGA芯片的功耗波形数据；

(103b)通过对多个功耗波形取平均，消除测量噪声；

(103c)计算参考FPGA芯片的逐点平均功耗曲线P_mean；

(103d)将参考FPGA和被测FPGA芯片的所有功耗波形数据都减去P_mean；

(103e)利用特征值分解算法找到投影子空间S；

(103f)将参考FPGA和被测FPGA芯片的功耗波形数据都投影到子空间S上；

(103g)比较上述两个投影值的特征。如果特征一致，表明被测FPGA芯片中不存在恶意电路，否则表明被测FPGA芯片中存在恶意电路。