[發(fā)明專利]基于無源光學(xué)水印的硬件木馬檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510280787.6
• 申請日: 2015-05-27
• 公開（公告）號: CN104865270B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于宗光;周昱;張榮;魏敬和;雷淑嵐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所
• 主分類號: G01N21/956
• 分類號: G01N21/956
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32104
• 代理人: 殷紅梅,屠志力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于無源光學(xué)水印的硬件木馬檢測方法，尤其是一種不需要對電路進(jìn)行任何電測試，并能克服電路受到工藝噪聲以及測量噪聲的影響，顯著降低硬件木馬的測試復(fù)雜度并提高檢測效率的硬件木馬檢測方法。

背景技術(shù)

集成電路在設(shè)計(jì)與制造過程中，往往會涉及到第三方的設(shè)計(jì)服務(wù)及IP(知識產(chǎn)權(quán)核)、EDA(電子設(shè)計(jì)自動化)軟件以及不受控的晶圓廠和封裝測試廠，在這些環(huán)節(jié)當(dāng)中，芯片很有可能被人為的修改，比如惡意的增加，刪除或者改變芯片內(nèi)部原來有電路結(jié)構(gòu)，這類對電路的功能，性能，可靠性，安全性等會產(chǎn)生影響的惡意的電路修改即稱為硬件木馬。由于制造是目前制約我國集成電路發(fā)展的最大因素，絕大部分的集成電路都依賴國外的廠商制造，因此這一環(huán)節(jié)也是電路最容易遭到修改，被植入硬件木馬的環(huán)節(jié)。

針對硬件木馬的檢測已經(jīng)有很多種的方法，目前研究的最多的就是基于旁路分析的電測試，即是利用芯片工作時(shí)的側(cè)信道信息（如電磁輻射，電流或者電路延時(shí)等信息）來對木馬進(jìn)行檢測。其原理是因?yàn)殡娐分兄踩氲挠布抉R會對芯片的一些側(cè)信道信號，如電流，頻率或路徑延時(shí)產(chǎn)生影響，因此通過觀察芯片的側(cè)信道信號并與原始芯片的側(cè)信道信息作比較，進(jìn)而檢測出芯片中是否有硬件木馬的存在。對電路進(jìn)行基于側(cè)信道分析的硬件木馬檢測的最大優(yōu)點(diǎn)是可以使硬件木馬不被觸發(fā)的情形下被檢測出來，但是其也有顯著的缺點(diǎn)，即當(dāng)待測電路的總體規(guī)模很大，電路內(nèi)部被植入的硬件木馬的規(guī)模很小，一些側(cè)信道信息，比如電流和路徑延時(shí)，其變化幅度極小。考慮到測量過程中引入的噪聲，以及芯片制造過程中由于工藝漂移帶來的噪聲，這種極小的側(cè)信道信號變化將無法被實(shí)際測量出來或者即使被測量出來也難以確定是由于硬件木馬引起的，還是由于測量噪聲，工藝漂移噪聲引起的。且基于旁路分析的測試需要進(jìn)行極為復(fù)雜的電測試以及各種數(shù)字信號處理分析，因此檢測成本較高。且該測試方法屬于一種間接的測試方法，即無法最直觀的以肉眼來判斷電路內(nèi)部是否含有硬件木馬。

基于光學(xué)的檢測方法已經(jīng)有一些研究成果，如將待測芯片去封裝，然后使用掃描電鏡等設(shè)備對電路一層一層的進(jìn)行拍照，然后與原始電路的版圖作對比，從而判斷芯片中有無硬件木馬。此方法雖然最為直觀，但是屬于破壞性的檢測，即每檢測一顆芯片，該芯片就被破壞，無法繼續(xù)使用。且針對一批芯片中只有少數(shù)幾顆芯片含有硬有木馬的情況，這種破壞性檢測的方法有可能漏檢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種不需要進(jìn)行電測試的基于無源光學(xué)水印的硬件木馬檢測方法。它是一種通過在電路設(shè)計(jì)階段植入一種無源光學(xué)水印，然后當(dāng)電路制造完畢后，直接利用近紅外光線對實(shí)際電路進(jìn)行拍照，通過對實(shí)際電路中無源光學(xué)水印的位置進(jìn)行判斷，從而確定實(shí)際電路內(nèi)部是否含有硬件木馬的方法，省去了傳統(tǒng)測試方法中復(fù)雜的步驟，并能克服工藝漂移噪聲，測量噪聲等，顯著降低測試復(fù)雜度并提高測試的準(zhǔn)確度。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于無源光學(xué)水印的硬件木馬檢測方法，包括下述步驟：

a)、在電路設(shè)計(jì)的過程中，在電路中插入一些用于后續(xù)修改電路使用的備用單元（spare cell）；

b)、修改備用單元，向備用單元內(nèi)部添加底層金屬，使得修改后的備用單元的金屬密度高于電路中其余的標(biāo)準(zhǔn)單元或者功能單元；

c)、將完成步驟b)后的電路進(jìn)行仿真，得到電路在被近紅外光線照射后的反射頻譜圖，反射頻譜圖中有備用單元區(qū)域的圖案即為無源光學(xué)水印；

d)、當(dāng)電路制造完畢后，利用近紅外光線將實(shí)際電路自底向上進(jìn)行拍照，得到照片即可得到實(shí)際電路對近紅外光線的反射圖，反射圖中的水印即為實(shí)際的無源光學(xué)水印；

e)、將拍照獲得照片中實(shí)際的無源光學(xué)水印與仿真獲得的無源光學(xué)水印進(jìn)行比較，若照片中的任一無源光學(xué)水印位置與仿真中所得到的無源光學(xué)水印位置相比，位置變化過大，超過位置變化上限值；或者仿真反射頻譜圖中的水印位置在照片中沒有找到，即水印消失；或者所拍的照片中出現(xiàn)了比仿真反射頻譜圖中更多的類似水印點(diǎn)，則認(rèn)為實(shí)際電路中含有硬件木馬。

進(jìn)一步地，

步驟a)中所述的備用單元包括與門，或門，非門，異或門或寄存器中的一種或多種的組合。便于以后電路發(fā)生問題需要進(jìn)行修改時(shí)，不需要修改底層的多晶層而重新制作掩膜，可以直接在金屬層通過修改不同單元之間的連線，完成電路功能，性能，甚至可靠性方面的修復(fù)，從而顯著降低設(shè)計(jì)成本。

進(jìn)一步地，

步驟a)中，插入備用單元時(shí)，按照以下規(guī)則之一進(jìn)行：

a1)、將電路按照一定的面積分成多個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域中植入備用單元；