[发明专利]一种基于多物理场的总线集成电路硬件木马检测方法

说明书

一种基于多物理场的总线集成电路硬件木马检测方法，该方法分为6个步骤。具体包括，如图1所示，第一对基于FPGA的R232总线集成电路“金片”的实现与硬件木马植入。第二步为采集金片与待测FPGA的端口的样本功耗数据，第三步为采集金片与待测FPGA的端口的样本时间延时数据，第四步为采集金片与待测FPGA的端口的电磁泄露数据，第五步为基于样本数据进行PCA特征分析与提取。第六步为基于多物理场的样本数据加权参数马氏距离判别分类。本发明在现有基于侧信道单物理场的基础上，提出了多物理场的总线集成电路硬件木马检测方法，通过PCA‑加权参数马氏距离对样本矩阵进行判别分类，最后达到有木马和无木马样本的分类与判别，并使硬件木马检测率得到有效提升。

技术领域

本发明涉及一种集成电路的硬件木马检测方法，尤其涉及一种基于多物理场的总线集成电路硬件木马检测方法，属于集成电路安全性领域。

背景技术

硬件木马是指在集成电路设计或制造过程中对原始电路植入的恶意电路，在攻击者设定特定条件下会以集成电路失效、信息泄露和拒绝服务等形式来完成有效攻击。随着集成电路设计日趋精密复杂，其设计与生产工艺流程的分离导致硬件木马的入侵风险极大增加。

在现有硬件木马检测技术中，侧信道分析技术由于无破坏、检测成本低且检测效率高等优点成为了近几年硬件木马检测方法研究的热点，在侧信道分析技术中，现有研究多是基于单物理场的硬件木马检测方法，当待测集成电路的总体规模较大，且被植入的硬件木马所占面积较小时，单物理场的侧信道信号的变化较小，由于工艺偏差和环境噪声影响，常规基于单物理场的侧信道精简木马检测方法对占比较小的硬件木马会存在判别效果不理想或者失效。

本发明提出了一种基于多物理场的总线集成电路硬件木马检测方法。该方法采用采集基于功耗、时间延时、电磁泄露信息的物理特征信息，并生成样本矩阵，最后利用PCA-加权参数马氏距离对样本主成分矩阵进行判别分类来判断有无硬件木马，可应用于面积占比较小的硬件木马判别。

发明内容

1.目的：本发明方法针对现有总线集成电路侧信道分析技术中单物理特征信息数据不显著的情况，提供了一种基于多物理场的总线集成电路硬件木马检测方法。利用功耗、时间延时、电磁泄露信息的物理特征信息组成样本矩阵，并对其进行PCA主成分分析与特征提取。最后对主成分样本矩阵进行加权参数马氏距离判别分类，即通过金片样本主成分的马氏距离值与待测样本主成分的置信区间进行对比判断，该方法在相同条件下比单物理特征检测方法具有更高的硬件木马检测率。

2.技术方案：

本发明方法分为5个步骤：

过程一，基于FPGA的R232总线集成电路“金片”实现与待测FPGA的配置；

过程二，采集金片与待测FPGA的端口的样本功耗数据；

过程三，采集金片与待测FPGA的端口的样本时间延时数据；

过程四，采集金片与待测FPGA的端口的电磁泄露数据；

过程五，基于样本数据进行PCA特征分析与提取；

过程六，基于多物理场的样本数据马氏距离判别分类。

所述过程一，具体为：

步骤(1)利用PC机通过ISE软件编译好的不含有硬件木马的RS232代码配置到FPGA中生成总线集成电路金片，把含有硬件木马的RS232代码配置到待测FPGA。然后在PC机上通过串口调试助手将并行数据转换为串行数据，并加上起始位和停止位，按照选定的波特率来模拟外界环境向FPGA发送串行数据。

步骤(2)为提高后续测试流程，把RS232的发送模块和接收模块连通，如图2所示，当在PC机上输入一组并行数据，经过串口助手并行转串行数据发送到FPGA，FPGA接收模块接收到数据后进行串并转换到发送模块，然后发送模块再把并行数据转成串行发送到PC机。