硬件木马检测方法和可信设计技术研究

With the globalization and integrated circuit foundry production mode is adopted, causing the attacker is available from the IC chip design to manufacturing process of deliberately implanted hardware circuit with malicious, commonly known as hardware Trojan. Hardware Trojan has become a important threat of national security, weapons and equipment, financial systems and security systems and other. This project mainly develops the hardware Trojan detection method and design-for-trust technique research, including integrated circuit design of different levels of hardware Trojan model, hardware Trojan circuitry structure, hardware Trojan off-line detection, on-line detection and reliable design method research. In view of the diversity of hardware Trojans, differ in layout design level of performance, this paper intends in RTL, gate level, transistor level, layout level and process level to carry out detection method of hardware Trojan circuitry, we propose an effective method to improve coverage of hardware Trojan detection resolution with multi-level multi model methods. Because of the existence of the traditional hardware Trojan off-line detection method unsafe and low coverage problem, in order to improve the security of the system, this paper presents a complete system protection method of offline detection, line detection and design-for trust of anti-hardware Trojan, online detection and recovery techniques become the final barrier of weaponry system, to ensure the security of the system.

随着IC的全球化以及采用代工的生产方式，攻击者可从IC设计到制造过中故意植入带有恶意的硬件电路，通常称为硬件木马（Hardware Trojan）。硬件木马目前已经成为国家安全、武器装备、金融系统和保密系统等重要的威胁。本项目主要开展硬件木马检测方法和可信设计技术研究，包括集成电路不同设计层次的硬件木马模型、硬件木马电路结构、硬件木马离线检测、在线检测和可信设计方法研究。鉴于硬件木马的多样性，在版图的设计层次表现的行为不同，本课题拟在RTL级、门级、晶体管级、版图级和工艺级开展硬件木马电路检测方法研究，创新提出了一种可有效提高硬件木马检测分辨率和覆盖率的多层次的多模型的检测方法。由于传统的硬件木马离线检测存在不安全和覆盖率低的问题，为了提高系统的安全性，提出了一种完整的离线检测、在线检测和可信设计的抗硬件木马的系统防护方法，在线检测和恢复技术成为装备系统的最后屏障，最大限度地保证系统安全。

鉴于集成电路存在硬件安全威胁，硬件木马会破坏系统正常工作、干扰系统的性能和泄露系统机密等，严重威胁着国家的安全，因此开展硬件木马检测方法和可信设计技术研究具有重要的使命意义。本项目主要研究内容包括硬件木马建模方法研究、硬件木马离线检测技术研究、在线检测技术研究和抗硬件木马可信设计技术研究。主要研究成果包括（1）提出了一种基于组合概率的木马植入节点选择方法和基于非稀有事件的硬件木马结构设计，提高了木马的隐蔽性；（2）针对在RTL中存在的不关心位（X）带来的安全隐患，提出了一种基于未初始化以及基于可执行不可传播和不可执行可传播的不关心X位的组合存在安全漏洞；（3）提出了一种基于多特征参数的门级木马检测方法，基于基准电路的木马检测率大于72%以上；（4）设计了一种基于功能路径环形振荡器的硬件木马检测电路，提出了一种新型的芯片中心化（Chip-Centric）算法以消除片间工艺波动的影响，利用多片平均的思想消除片内工艺波动的影响，木马测量分辨率小于10ps；（5）开展了逻辑机密和攻击方法研究，创新地提出了一种基于逻辑加密的机器学习辅助攻击方法；（6）提出了一种基于非相关欠采样的高速时钟抖动与歪斜测量方法，歪斜测量模式和抖动测量模式的最大测量误差分别为0.121ps和0.123ps，可达到亚皮秒分辨率，此方法可应用于时钟电路硬件木马的检测；（7）设计了一种用于测量硬件木马的新型的四阶噪声整形TDC电路，在5MHz和10MHz带宽内的积分噪声分别为336fs_rms和812fs_rms，等效分辨率分别为1.2ps和2.9ps；（8）提出了一种基于静态特征分析的隐型木马检测方法，开发了一种基于多特征值和UCI的硬件木马检测软件；（9）提出了一种可远程和精准触发A2硬件木马的方法，避免了硬件木马的误触发，同时提出了一种检测A2木马的有效方法。本项目研究结果对集成电路硬件木马检测具有重要的价值。