基于旁路分析的硬件木马检测技术研究(I)

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目基于旁路分析的硬件木马检测技术研究专业学位类别工程硕士学号201122240869作者姓名唐棠指导教师李磊副研究员分类号密级注1UDC学位论文基于旁路分析的硬件木马检测技术研究（题名和副题名）唐棠（作者姓名）指导教师李磊副研究员电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工

2、程提交论文日期2014.05.24论文答辩日期2014.06.03学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月27日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHONSIDE-CHANNELANALYSISBASEDHARDWEARTROJANDETECTIONTECHNOLOGYAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectronicsandCommunicationEng

3、ineerAuthor:TangTangAdvisor:LiLeiSchool:ResearchInstituteofElectronicsScienceandTechnologyofUESTC独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：

4、年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要信息安全已经成为当今人类社会发展面临的重大问题，而集成电路芯片是现代电子设备不可或缺的元素，芯片安全自然受到人们的广泛关注。由于现代集成电路设计的复杂性和成本不断增加，

5、使得设计与制造过程相分离，导致集成电路产品面临新的安全威胁。攻击者可以在设计或制造过程中在硬件层面篡改原始设计，植入硬件木马，达到窃取他人机密信息、扰乱和破坏对手控制系统等目的。如今，包括国家军事、金融、交通运输系统乃至家用电器正受到硬件木马的严重威胁。尽快开展硬件木马检测技术的研究对于保障芯片安全和信息安全具有非常深远的意义。本文重点研究了基于旁路分析的硬件木马检测技术，使用两种不同的旁路信号分析方法对已知木马的AES基准测试电路和同组成员设计的未知木马的ARM9电路分别进行检测。本文完成的主要研究工作包括：（1）硬件木马及

6、其检测方法研究。分析硬件木马的工作原理及特征，总结现有硬件木马检测技术的优势和缺点，确定研究重点为具有明显优势的基于旁路分析的硬件木马检测技术；（2）待测电路后端设计。基于SMIC130nmCMOS工艺，完成待测电路的后端设计，在逻辑综合、布局布线、形式验证阶段分析了硬件木马对原始电路的影响，是木马检测成功的重要基础；（3）功耗分析检测技术研究。考虑到变化范围±10%的工艺噪声影响，用功耗信息作为旁路信号对5种待检测电路进行检测，只有大小（木马电路面积占原始电路面积的比例）仅为0.01%的木马检测失败，大小为0.12%的木马基

7、本检测成功，其余3种木马全部检测成功，该结果证明了功耗分析检测技术具有很高的可行性；（4）多参数分析检测技术研究。在相同工艺噪声情况下用动态电流和最大工作频率作为旁路信号进行检测，只有大小仅为0.01%的木马检测失败，其余4种木马全部检测成功，结果证明多参数分析检测技术与功耗分析检测技术相比，检测效果有了很大的提高，从14.44%到154.52%不等。关键词：硬件木马，旁路分析，检测，芯片安全IABSTRACTABSTRACTInformationsecurityhasbecomeamajordevelopmentalprob

8、lemfacedbythehumansociety.Therefore,asanindispensableelementofmodernelectronicequipment,thesecurityofintegratedcircuitchipshasbeengainingm