[发明专利]一种低成本电磁故障注入实验平台及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路安全和电磁故障注入领域，尤其涉及一种低成本电磁故障注入实验平台及实验方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展，信息安全越来越受到人们的重视。针对加密电路的故障攻击对芯片的安全造成了很大的威胁，其通过特定的实验装置对芯片注入故障，随后利用差分故障分析、故障灵敏性分析等密码分析技术来破解其加密信息[1]。

加密算法的物理实现方式导致攻击者可利用芯片在加密过程中产生的功耗、电磁等侧信道信息来进行侧信道攻击。而相比于侧信道这种被动的攻击手段，故障注入攻击[2]通过光故障注入、电压故障注入、时钟故障注入和电磁故障注入等方式对正常工作的芯片进行特定的干扰，从而引入故障并破坏加密电路的正常执行，由于这种主动攻击的故障注入方式效率更高且更危险，目前已成为对芯片实施攻击最有效的手段。

在所有的故障注入方法中，电磁故障注入[3]作为一种新型的攻击方法，由于其具有能针对芯片的特定位置进行攻击，攻击时无需去除芯片封装且目前还没有相应的防御措施等优点，被广泛应用。为研发有效的防护措施，需要研究电磁故障注入对集成电路芯片的故障机理。因此，搭建用于电磁故障注入的实验平台显得尤为重要。

电磁故障注入通过给电磁探头施加一个高压脉冲信号来产生电磁脉冲，瞬态的电磁脉冲会造成芯片内部逻辑门的电压和逻辑值的改变，从而在芯片工作时引发故障。目前，主要有两种用于电磁故障注入的实验装置。一种是基于能产生上百伏脉冲电压的快脉冲沿信号发生器搭建的电磁故障注入实验平台[4]；另一种是基于Riscure公司开发的专用电磁故障注入设备VCGlitcher和Inspector搭建的电磁故障注入实验平台[3]。这些用于电磁故障注入的实验装置虽然电磁攻击效果较好，但售价都十分昂贵(接近上百万)。因此，通过基于自制的电磁脉冲发生器搭建制造成本低、实用性强且便于操作的电磁故障注入实验平台就显得很有必要。

参考文献：

[1]Chong H K,Quisquater J J.Faults,Injection Methods,and Fault Attacks[J].IEEE Design&Test of Computers,2007,24(6):544-545.

[2]Piscitelli R,Bhasin S,Regazzoni F.Fault Attacks,Injection Techniques and Tools for Simulation[M]//Hardware Security and Trust.Springer International Publishing,2017.

[3]Carlier S.Electro Magnetic Fault Injection.Research Project,Universiteit van Amsterdam.Jan 2012.

[4]Maurine P.Techniques for EM Fault Injection:Equipments and Experimental Results[C]//Fault Diagnosis and Tolerance in Cryptography.IEEE,2012:3-4.

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种低成本电磁故障注入实验平台及实验方法。本发明基于自制的电磁脉冲发生器，搭建设计原理简单、制造成本低且实用性强的电磁故障注入实验平台，并通过设置各个实验参数，成功进行电磁故障注入实验。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种低成本电磁故障注入实验平台，包括自制电磁脉冲发生器、固定支架、电磁探头、XYZ移动平台、待攻击设备和信号采集设备；

所述自制电磁脉冲发生器包括：直流电源、信号发生器、Marx发生器、MOSFET驱动电路和电磁探头；直流电源分别为Marx发生器和MOSFET驱动电路供电，信号发生器为MOSFET驱动电路提供脉冲信号，控制MOSFET开关的导通和关断，实现在电磁探头上产生脉宽、频率为设定值的瞬态电磁脉冲；

所述固定支架用于固定所述电磁探头的位置，所述XYZ移动平台用于放置所述待攻击设备和调节所述电磁探头与所述待攻击设备之间的位置关系；所述信号采集设备用于记录所述待攻击设备在受到电磁攻击和未受到电磁攻击时的输出信号。

低成本电磁故障注入实验平台的实验方法，包括以下步骤：