[发明专利]基于主动屏蔽层的密码芯片侧信道主动对抗方法及装置

说明书

本发明公开了基于主动屏蔽层的密码芯片侧信道主动对抗方法及装置，所述方法包括：获取密码电路的待保护区域；生成主动屏蔽层覆盖在密码电路的待保护区域上方；构建电磁混淆电路；将电磁混淆电路产生的码流输入到主动屏蔽层；本发明的优点在于：整个结构能够主动对抗侧信道攻击，同时抵抗侵入式攻击，从而具有主动对抗集成电路面临的多种物理攻击的效果。

技术领域

本发明涉及集成电路安全性技术领域，更具体涉及基于主动屏蔽层的密码芯片侧信道主动对抗方法及装置。

背景技术

近年来，集成电路已经取得了长足的进步并广泛应用于工业生产、交通运输、电子支付等关系国计民生的各个领域，以密码算法的硬件实现为核心的安全芯片，在保护数据安全方面起到了重要的作用。随着攻击技术的不断进步，针对安全芯片的攻击手段也越来越多。大量的以侵入式、非侵入式、半侵入式三类为代表的物理攻击威胁和新型攻击手段，会给密码芯片及系统带来真正灾难性的安全问题。

侵入式攻击是当今攻击最有效、最彻底的手段，它通过破坏集成电路封装，通过反向工程、微探针、聚焦离子束等方式，获取芯片版图信息，修改芯片走线。攻击者可以轻易地获取芯片的电路结构、存储数据、总线数据等关键信息。半侵入式攻击也需要破坏芯片封装，但是无需对芯片进行修改，而是通过光学故障注入、局部热故障注入等方式影响芯片工作状态。非侵入式攻击不需要破坏芯片封装，而是在芯片使用过程中获取功耗、电磁辐射以及建立时间等信息，再根据这些信息与输入输出数据以及算法密钥的关系，通过一定的分析方法而窃取到关键数据。然而目前已有的防护手段均为单一型防护策略，无法同时对侵入式攻击和半侵入式攻击进行防护，因此亟需一种针对密码芯片的复合型防护手段。

综上所述，物理攻击是一种强有力的攻击手段，可以轻易地俘获、破解甚至复制存储在集成电路芯片的私密信息，严重威胁集成电路及其国防安全。主动屏蔽层被认为是一种十分有效的抵抗侵入式攻击的技术，广泛应用于各类安全芯片中。通过设计码流检测电路，将生成的码流与流经主动屏蔽层的码流进行对比，实现对侵入式攻击的实时监测。此外，考虑到上层金属具有较高电磁辐射的物理特征，电磁侧信道攻击可以通过探测上层金属的电磁泄露来窃取密钥等信息。

然而，目前的防护手段多侧重于一种攻击方式，例如中国专利公开号CN107688848A公开的基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路生成方法，主要应用于芯片顶层有源金属屏蔽层布线结构生成场合来对抗侵入式攻击，难以对抗多种物理攻击。为了保证集成电路乃至国防系统的正常运行，需要开展集成电路的复合型抗物理攻击技术研究，主动对抗集成电路面临的多种物理攻击。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何主动对抗集成电路面临的多种物理攻击。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：基于主动屏蔽层的密码芯片侧信道主动对抗方法，所述方法包括：

步骤a：获取密码电路的待保护区域；

步骤b：生成主动屏蔽层覆盖在密码电路的待保护区域上方；

步骤c：构建电磁混淆电路；

步骤d：将电磁混淆电路产生的码流输入到主动屏蔽层。

有益效果：本发明构建电磁混淆电路，产生的码流输入到主动屏蔽层后，变化的电流就在主动屏蔽层上产生了强烈的磁场，能够对底层密码电路运算时产生的加密信息进行干扰，有效对抗半侵入式电磁侧信道攻击，而主动屏蔽层能够有效的抵抗侵入式攻击。因此整个结构能够主动对抗侧信道攻击，同时抵抗侵入式攻击，从而具有主动对抗集成电路面临的多种物理攻击的效果。

进一步地，所述步骤a包括：

对无防护的密码电路执行电磁侧信道分析，定位密码算法易受侧信道攻击的薄弱点位与泄漏区间，作为密码电路的待保护区域。

进一步地，所述步骤b包括：