[發明專利]一種低成本電磁故障注入實驗平臺及實驗方法

在審

• 申請號: 201711053981.6
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107643481A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 袁果;劉強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉子文

技術領域

本發明涉及集成電路安全和電磁故障注入領域，尤其涉及一種低成本電磁故障注入實驗平臺及實驗方法。

背景技術

隨著信息技術的快速發展，信息安全越來越受到人們的重視。針對加密電路的故障攻擊對芯片的安全造成了很大的威脅，其通過特定的實驗裝置對芯片注入故障，隨后利用差分故障分析、故障靈敏性分析等密碼分析技術來破解其加密信息[1]。

加密算法的物理實現方式導致攻擊者可利用芯片在加密過程中產生的功耗、電磁等側信道信息來進行側信道攻擊。而相比于側信道這種被動的攻擊手段，故障注入攻擊[2]通過光故障注入、電壓故障注入、時鐘故障注入和電磁故障注入等方式對正常工作的芯片進行特定的干擾，從而引入故障并破壞加密電路的正常執行，由于這種主動攻擊的故障注入方式效率更高且更危險，目前已成為對芯片實施攻擊最有效的手段。

在所有的故障注入方法中，電磁故障注入[3]作為一種新型的攻擊方法，由于其具有能針對芯片的特定位置進行攻擊，攻擊時無需去除芯片封裝且目前還沒有相應的防御措施等優點，被廣泛應用。為研發有效的防護措施，需要研究電磁故障注入對集成電路芯片的故障機理。因此，搭建用于電磁故障注入的實驗平臺顯得尤為重要。

電磁故障注入通過給電磁探頭施加一個高壓脈沖信號來產生電磁脈沖，瞬態的電磁脈沖會造成芯片內部邏輯門的電壓和邏輯值的改變，從而在芯片工作時引發故障。目前，主要有兩種用于電磁故障注入的實驗裝置。一種是基于能產生上百伏脈沖電壓的快脈沖沿信號發生器搭建的電磁故障注入實驗平臺[4]；另一種是基于Riscure公司開發的專用電磁故障注入設備VCGlitcher和Inspector搭建的電磁故障注入實驗平臺[3]。這些用于電磁故障注入的實驗裝置雖然電磁攻擊效果較好，但售價都十分昂貴(接近上百萬)。因此，通過基于自制的電磁脈沖發生器搭建制造成本低、實用性強且便于操作的電磁故障注入實驗平臺就顯得很有必要。

參考文獻：

[1]Chong H K,Quisquater J J.Faults,Injection Methods,and Fault Attacks[J].IEEE Design&Test of Computers,2007,24(6):544-545.

[2]Piscitelli R,Bhasin S,Regazzoni F.Fault Attacks,Injection Techniques and Tools for Simulation[M]//Hardware Security and Trust.Springer International Publishing,2017.

[3]Carlier S.Electro Magnetic Fault Injection.Research Project,Universiteit van Amsterdam.Jan 2012.

[4]Maurine P.Techniques for EM Fault Injection:Equipments and Experimental Results[C]//Fault Diagnosis and Tolerance in Cryptography.IEEE,2012:3-4.

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種低成本電磁故障注入實驗平臺及實驗方法。本發明基于自制的電磁脈沖發生器，搭建設計原理簡單、制造成本低且實用性強的電磁故障注入實驗平臺，并通過設置各個實驗參數，成功進行電磁故障注入實驗。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種低成本電磁故障注入實驗平臺，包括自制電磁脈沖發生器、固定支架、電磁探頭、XYZ移動平臺、待攻擊設備和信號采集設備；

所述自制電磁脈沖發生器包括：直流電源、信號發生器、Marx發生器、MOSFET驅動電路和電磁探頭；直流電源分別為Marx發生器和MOSFET驅動電路供電，信號發生器為MOSFET驅動電路提供脈沖信號，控制MOSFET開關的導通和關斷，實現在電磁探頭上產生脈寬、頻率為設定值的瞬態電磁脈沖；

所述固定支架用于固定所述電磁探頭的位置，所述XYZ移動平臺用于放置所述待攻擊設備和調節所述電磁探頭與所述待攻擊設備之間的位置關系；所述信號采集設備用于記錄所述待攻擊設備在受到電磁攻擊和未受到電磁攻擊時的輸出信號。

低成本電磁故障注入實驗平臺的實驗方法，包括以下步驟：