[发明专利]一种消除电源噪声影响的硬件木马检测方法

说明书

本发明公开一种消除电源噪声影响的硬件木马检测方法，应用于硬件安全和集成电路领域。本发明建立了理想情况下的环形振荡器和阈值电压表达式，并采用蒙特卡洛仿真获取电压ratio和阈值，将其应用到实际测试中，消除电源噪声的影响，对硬件木马进行判别。该方法能极大的改善深亚微米工艺下，工艺偏差对于硬件木马检测影响。

技术领域

本发明属于计算机和集成电路领域，尤其涉及集成电路内部的硬件木马的检测。

背景技术

硬件木马指的是：在芯片或者电子系统中故意植入的特殊模块或者设计者无意留下的缺陷模块，在特殊条件触法下，该模块能够被攻击者利用而实现具有破坏性的功能。插入的硬件木马可能会导致泄露信息，改变电路功能，甚至破坏电路。由于芯片本身的特殊性，硬件木马很检测，所以在片硬件木马的检测一直以来是硬件木马领域的热门研究课题。

采用测试获得的旁路信息(功耗、时序、电磁、能量温度等)进行检测是芯片的硬件木马检测的主要方法。基于功耗信息的旁路信息进行分析检测面临的一个核心问题是工艺偏差对于旁路信息的影响。在深亚微米工艺下，工艺偏差对于功耗信息的影响非常大，严重影响硬件木马的检测。目前主流方法是在芯片内部植入环形振荡网络(Ring OscillatorsNetwork，RON)进行在片工艺偏差的测量，以修正工艺偏差的影响。但是该方法的缺点是：内置的RON非常容易受电源噪声(IR drop)的影响，在测量过程中无法区分是工艺偏差的影响还是电压降的影响，这会对硬件木马的检测带来及其大的影响。

发明内容

本发明的目的是解决现有的工艺偏差测量单元受电源噪声(IR drop)影响较大的问题，提出了一种消除电源噪声影响的硬件木马检测方法。

本发明的技术方案是：一种消除电源噪声影响的硬件木马检测方法，具体步骤如下：

S1.可控环形振荡器设计：为了使环形振荡器的测量具有可控性和测量更准确，设计具有整体电路开关信号、阶数可配和使能端，并且单独供电的可控环形振荡器设计。

S2.建立环形振荡器的电压和频率关系：提取可控环形振荡器的寄生参数和物理版图的网表，利用蒙特卡洛仿真获取芯片标称电压附近的不同工作电压对应的多组振荡频率，从而建立无IR drop下的电压和频率关系。

S3.建立环形振荡器和阈值电压表达式：采用α电源模型，得到环形振荡器的频率和阈值电压的表示式。

上述的环形振荡器和电压的表示式具体为：

f＝k*(V_dd-V_th-ΔV)^α＝k*(V_dd-V'_th)^α

其中，f是环形振荡器的频率，V_dd、V_th和ΔV分别是环形振荡器的工作电压、晶体管的阈值电压和电源噪声，k是门级独立常量，α是饱和速率。

S4网格搜索获得ratio和阈值：本发明假设在同一工艺、同一环形振荡器单元，可以认为具有相同的参数k和α，从而消除参数k，采用网格搜索的方法对V_th的[V_th,min,V_th,max]和α在[α_min,α_max]进行取值，带入S3的表示式，得到无IR drop条件下的不同工作电压ratio值和阈值电压V_th。

S5.环形振荡器测试：在硬件测试平台上测试环形振荡网络，配置采样时间、环形振荡器阶数等参数，通过硬件平台施加基准芯片激励，并改变芯片的工作电压V_dd，从而不同工作电压下的实测的具有IR drop的环形振荡器频率的实测数据。

S6.测量数据预处理：测量取平均值，去除测试误差；通过滤波等方法去除噪声影响。