无参考模型的硬件木马检测技术研究

In recent years,Hardware Trojan is becoming a core security problem of the information systems. Hardware Trojan detection technologies is one of the research hotspot of the information secruity field at home and abroad.The detection technologies in study including failure analysis,logic test and side-channel analysis all need to build a golden model based on original chip which is hardly to obtain in practice. The project will carry out a new Golden-Free Trojan detection technology which does not rely on a golden model on the basis of preliminary research. The main content of this research including: design and simulation of the characteristic information generation circuit,process varations model and noise optimization algorithm,specified Trojan evaluation parameters. The project will achieve innovative achievements in the golden-free method modeling, design and implementation of characteristic information generation circuit, detection theory and algorithms. It will break through the Trojan detection technology development bottleneck and will provide valuable theories and methods of technical feasibility to practical application of Trojan detection.

近年来，硬件木马正在成为信息系统的核心安全问题，如何检测硬件木马是信息安全领域的国内外研究热点之一。目前的研究工作主要集中在基于失效分析、逻辑测试和侧信道分析等方面，且取得了一定成果，其核心方法均需建立原始电路的参考模型（Golden Model）；然而在实际中，一个有效的电路参考模型较难获得。本项目在前期研究的基础上，提出了一种无参考模型（Golden-Free）的新型硬件木马检测方法，重点开展特征信息电路的设计和仿真、工艺偏差噪声建模和优化算法、专用的木马检测和评估参数等研究。通过本项目将在Golden-Free的木马检测技术的方法建模、特征信息电路设计与实现、检测理论和算法上取得创新成果，从基础上突破木马检测技术的发展瓶颈，为其实际应用提供可行性理论指导和技术来源。

伴随着经济全球化的浪潮，集成电路的设计与制造相分离，通常单片集成电路可能由多家单位联合完成，其中不乏合资企业和外资企业，恶意攻击者可能渗透进来并篡改原始电路设计，这导致集成电路并不自主可控与安全可信。..硬件木马是集成电路的主要安全威胁，它可以实施篡改电路功能、泄露私密信息和降低系统性能等恶意目的。一旦集成电路中被植入硬件木马，将会直接对社会的稳定、经济发展和国家的安全等造成无法预测的损失。因此需要开展硬件木马检测技术的研究，形成系统性的硬件木马检测方法，对于提高集成电路自主可信水平，具有十分重要的理论意义和应用价值。..侧信道分析由于易操作、成本低等优点，逐渐成为硬件木马的主流方法。该方法需要对比母本电路与待测芯片的侧信道信息实现可信任性验证，但是母本参考芯片的实际获得十分困难。另外由于硬件木马的隐蔽性、硬件木马的侧信道影响较小，很容易被工艺偏差所掩盖，该方法难以实现进一步提高硬件木马的识别效率。因此这导致侧信道分析技术的难以深入发展与投入应用。..本项目针对上述问题，提出一种基于无参考的硬件木马检测技术，利用集成电路的电磁辐射原理，建立集成电路的无参考模型，并在SBOX和AES电路上模型验证，实现了硬件木马的有效检测，这脱离母本电路的限制，加速了硬件木马的检测实用化。另外，本项目针对工艺偏差的影响，开展基于因子分析和多电压的工艺偏差校正算法研究，进一步降低影响工艺偏差的影响。最后，本项目还探索了新的降噪方法与硬件木马识别方法，进一步提高硬件木马的识别能力，从而形成较完善的硬件木马的检测理论与方法学。