[发明专利]一种基于掩码控制的功耗恒定多功能逻辑电路

说明书

本发明涉及一种基于掩码控制的功耗恒定多功能逻辑电路，属于电路电子领域。本发明包括双轨逻辑电路、功耗平衡模块和掩码；通过双轨逻辑电路控制信号传输，实现对应逻辑功能；利用掩码控制信号的输出及掩码的随机性和功耗平衡模块，增加电路的抗功耗攻击能力。将两个逻辑功能的电路结构集成在一个双轨电路中，利用掩码控制不同逻辑功能的输出，使得所涉及的逻辑单元在输出信号随机跳变的基础上，实现功耗的恒定。本发明利用掩码的随机性、双轨结构、以及功耗平衡模块提高抗功耗攻击能力，同时利用掩码本身固有的属性，控制MOS管的输出实现同一双轨结构下输出两种逻辑功能。在提高电路抗功耗性能的基础上，能够降低平均功耗和电路成本。

技术领域

本发明属于电路电子技术领域，涉及一种基于掩码控制的功耗恒定多功能逻辑电路。

背景技术

在上世纪九十年代侧信道功耗分析攻击的概念被提出之后，密码分析研究方向开辟了全新的角度。功耗分析攻击是一种非侵入型的侧信道攻击技术，其攻击的主要目的是为了得到密码芯片中所使用的非公开密钥。其中差分功耗攻击是一种基于统计分析的假设、检验技术，由于其可以大幅降低功耗产生的噪声影响，对密码芯片产生了很大的威胁，继而越来越多的研究人员研发了针对DPA的防护对策。目前主流的对策有双轨预充电技术、基于掩码的技术等，主要目的是使每个时钟周期处理不同数据时的功耗相等，使得功耗与正在处理的数据无关。然而经过实验证明，部分抗功耗攻击电路结构存在功耗不恒定、成本较高的缺点。

通过改变输入信号测得传统的双轨预充电逻辑电路不具有较好的功耗恒定性，依据如图2所示传统的双轨预充电逻辑电路以及图3提出的LBDL电路结构在输入信号不同时，其导通的MOS管数量不同。例如图1，在电路的求值阶段中，当输入信号(a,b)为(1，1)时，电路中MOS管N5导通，电路经过N5输出信号；当输入信号(a,b)为(0，0)时，电路中MOS管P1、P3、P5、N6均放电输出信号，导致不同输入信号情况下，电路产生的功耗不同。基于双轨结构和LBDL结构提出的掩码型电路，经过实验证明依然存在功耗不恒定的问题，并且两种结构引入了数量较多的MOS管，同时所提到的两种结构利用一个双轨电路只能实现一种逻辑功能，想要实现多种逻辑功能则需要重新设计新的逻辑电路，一定程度上增加了电路的平均功耗和电路成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于掩码控制的功耗恒定多功能逻辑电路，利用输入信号实现电路的逻辑功能输出；引入掩码增加电路的抗功耗攻击性能；利用掩码增加电路的多功能逻辑输出。

本发明包括双轨逻辑电路、功耗平衡模块和掩码；通过双轨逻辑电路控制信号传输，实现对应逻辑功能；利用掩码控制信号的输出及掩码的随机性和功耗平衡模块，增加电路的抗功耗攻击能力。将两个逻辑功能的电路结构集成在一个双轨电路中，利用掩码控制不同逻辑功能的输出，使得所涉及的逻辑单元在输出信号随机跳变的基础上，实现功耗的恒定。

本发明基于双轨预充电逻辑电路结构，包括与/与非电路、或/或非电路、掩码和功耗平衡模块。与/与非电路、或/或非电路根据输入信号控制MOS管的导通/关闭，实现相应电路逻辑功能；在逻辑电路和功耗平衡模块之间设置掩码，增加电路的抗功耗攻击性能；功耗平衡模块用于平衡电路中由于输入信号不同引起的导通的MOS管数量不同而引起的功耗差异。

所述的与/与非电路、或/或非电路均包括三个MOS管，每个MOS管的栅极作为信号输入端，其中两个MOS管的源极和漏极串联后与另一MOS管并联，漏极并联端输入电源电压；

每个与/与非电路、或/或非电路均串联一个掩码，所述掩码为MOS管；每个与/与非的电路、或/或非的电路的源极并联端接掩码的漏极，掩码的栅极输入随机信号；

与/与非电路串联一个掩码、或/或非电路串联一个掩码后并联，与/与非电路、或/或非电路的MOS管漏极并联后接电源；两个掩码的源极并联后作为逻辑电路的输出端，输出或反向输出信号；