[发明专利]一种基于MUX环形振荡器的硬件木马检测方法

说明书

本发明公开了一种基于MUX环形振荡器的硬件木马检测方法，根据电路中少态节点的分布对电路进行划分，分别将MUX环形振荡器置入不同区域，通过采样程序对环形振荡器的输出结果进行采样，以计数值的方式显示振荡器的振荡频率。最后通过与可信模型的输出结果进行比较来达到检测硬件木马的目的。该方法在引入较小面积及功耗开销的条件下，实现了较高的检测精度。

技术领域

本发明属于集成电路安全性检测技术领域，尤其涉及一种基于MUX环形振荡器的硬件木马检测方法。

背景技术

在商业全球化的今天，集成电路芯片的设计与制造逐渐趋于全球化。集成电路芯片的上市需要经历设计、制造、封装与测试四个阶段。由于集成电路产品的先进性和复杂性，同时为了更合理的利用资源和资金配置，单片集成电路的设计与制造过程由多家单位联合完成，其中不乏合资企业或者外资企业。集成电路的设计与制造过程的分离，给集成电路的安全性带来了极大的风险，例如在设计阶段大量复用第三方IP核，在制造过程中存在不可信的掩膜版，在封装过程中可能存在冗余封装等，从而导致各个阶段都存在针对硬件安全的漏洞。这些漏洞给予攻击者嵌入设备规范中未声明的功能的机会，这样的功能可能会泄露机密信息给攻击者，甚至在未来的某个特定时间使设备失效。这种恶意修改被定义为硬件木马。

硬件木马问题正严重威胁着集成电路的安全，一旦被插入硬件木马的芯片被应用于军用装备及国民经济核心领域中，都将会带来不可估量的损失。检测集成电路中是否存在硬件木马一直是一个难题，逐渐受到各个国家的关注，关于硬件木马的检测与防护技术研究正逐步开展。近年来，随着硬件木马检测技术的发展，出现了许多效果明显的检测方法。目前针对硬件木马检测的方法主要有：逆向工程分析、逻辑测试和侧信道分析。这三种方法都属于片外木马检测技术，都存在一定的局限性。其中，逆向工程分析虽然具有较高的检测精度，但成本高、过程耗时，会对电路造成不可恢复的破坏，不具备一定的普适性。逻辑测试是其中受噪声影响最小，稳定性最高的测试方法，但其测试模式生成复杂，且无法检测到不改变输出结果只改变内部电路逻辑功能的木马。侧信道分析因其检测精度高、条件限制少，成为目前较流行的一种硬件木马检测技术。然而，侧信道分析中的侧信道采集方式容易受工艺变量和各种噪声影响，会对最终的测试精度造成较大影响。为了提高检测精度，研究人员开始聚焦于片内测试方法的研究。片内测试方法通过将内建自检测模块直接植入到FPGA内部，从而实现对测试电路的实时监控，降低了噪声对测试结果的影响，大大提升了检测结果的精度。另外，自检测电路结构简单，易于设计。测试过程操作便捷，不需要借助昂贵的测试设备，为集成电路安全测试带来了很大的便利，且具有很好的普适性。

发明内容

本申请针对基于反相器的环形振荡器对较小的显式木马检测效果不明显的问题，提出了一种基于MUX环形振荡器的硬件木马检测方法。

为实现本发明的目的，本发明提供的一种基于MUX环形振荡器的硬件木马检测方法，包括以下步骤：

步骤一：计算测试电路中节点的翻转概率，依据设定电路节点的翻转概率阈值TP_th，挑选出翻转概率低于TP_th的电路节点，确定少态节点分布；

步骤二：根据少态节点分布，对测试电路区域进行划分，确定需要环形振荡器的个数；

步骤三：将基于MUX的环形振荡器制作成Hard Macro，根据划分好的区域对环形振荡器进行安置，完成区域性配置；

步骤四：令MUX-RO使能，通过采样程序依次对插入的每个MUX-RO输出结果进行采样；

步骤五：分析每个环形振荡器计数值的输出结果，与可信模型计数值输出结果进行比较，以确定测试电路是否包含木马，并根据不同环形振荡器与可信模型计数值输出结果偏差程度来确定硬件木马的插入位置。

其中，基于MUX的环形振荡器的结构如下：