[發(fā)明專利]一種集成電路旁路信號(hào)自差分放大采樣方法與系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910523728.5
• 申請(qǐng)日: 2019-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN110197086B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張陽;李雄偉;陳開顏;全厚德;李艷;謝方方;王曉晗;馬佳巍;宋世杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍陸軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F21/71
• 分類號(hào): G06F21/71;G06F21/76
• 代理公司: 石家莊國(guó)域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 李玉祥;胡澎

本發(fā)明涉及集成電路旁路信號(hào)自差分放大采樣方法與系統(tǒng)，本發(fā)明對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)試向量激勵(lì)下的待測(cè)集成電路芯片(Chip Under Test,CUT)所對(duì)應(yīng)的旁路信號(hào)進(jìn)行自差分放大，采用流水線延遲方式，對(duì)CUT在某一激勵(lì)下的模擬旁路信號(hào)進(jìn)行延遲，并將其與后續(xù)某一時(shí)間點(diǎn)的激勵(lì)所對(duì)應(yīng)的旁路信號(hào)同步送入差分放大器。經(jīng)差分放大后，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將量化后的數(shù)字信號(hào)發(fā)送至主機(jī)，完成自差分旁路信號(hào)的采集。本發(fā)明可以抑制不同激勵(lì)下CUT旁路信號(hào)中的共同分量，僅將差異分量進(jìn)行放大，可以獲得比通用示波器更高精度的旁路信號(hào)，支持模擬信號(hào)層面的自差分，可以有效抑制工藝噪聲、環(huán)境噪聲的干擾，能夠有效提高硬件木馬的檢測(cè)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種信號(hào)采樣技術(shù)，具體地說是一種集成電路旁路信號(hào)自差分放大采樣方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

集成電路（Integrated Circuit，IC）是完成信息處理的基本器件，廣泛應(yīng)用于軍事、經(jīng)濟(jì)、交通等眾多領(lǐng)域，其安全性直接影響整個(gè)系統(tǒng)的安全性。硬件木馬是敵手對(duì)IC原始電路的惡意篡改，可導(dǎo)致武器系統(tǒng)失效、基礎(chǔ)設(shè)施癱瘓、關(guān)鍵信息泄露等嚴(yán)重后果。硬件木馬是敵手置于IC中的“后門”，可以輕易繞過現(xiàn)有的安全防護(hù)措施，使得其成為信息時(shí)代的“馬其諾防線”。近年來，敘利亞雷達(dá)系統(tǒng)、波音787控制系統(tǒng)、軍用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等多個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了硬件木馬，其安全威脅日益突出。

集成電路運(yùn)行過程中會(huì)引起電流的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，這些都是集成電路的旁路信號(hào)（Side Channel Signal，也稱為側(cè)信道信號(hào)）。實(shí)驗(yàn)證明旁路信號(hào)的變化與集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。一旦集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于老化、缺陷、干擾、篡改等原因發(fā)生變化，其所對(duì)應(yīng)的旁路信號(hào)必然產(chǎn)生相應(yīng)的變化。因此，對(duì)旁路信號(hào)的變化進(jìn)行分析可以檢測(cè)集成電路內(nèi)部發(fā)生的細(xì)微變化。

旁路信號(hào)的采集是旁路分析的前提，然而旁路信號(hào)采集受到噪聲的嚴(yán)重干擾，其中工藝噪聲、環(huán)境噪聲、量化誤差等方面的影響最為突出。隨著硬件木馬設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn)，其旁路信號(hào)變得極為微弱，亟需研制專用采集設(shè)備。單門級(jí)硬件木馬的旁路信號(hào)可能低至μV量級(jí)，很容易被工藝噪聲、環(huán)境噪聲、隨機(jī)噪聲等多種噪聲所掩蓋。如圖3所示，針對(duì)環(huán)境噪聲和工藝噪聲干擾問題，現(xiàn)在已經(jīng)提出了一種基于自差分分析的硬件木馬檢測(cè)方法，對(duì)寄存器傳輸級(jí)（Register Transfer Level，RTL）硬件木馬具有較好的檢測(cè)效果，然而對(duì)于更低設(shè)計(jì)層級(jí)（如版圖級(jí)）的硬件木馬則檢測(cè)效果較差。關(guān)鍵原因在于，該方法對(duì)示波器采集得到的旁路信號(hào)進(jìn)行自差分，示波器的量化誤差（通常為8位分辨率，精度為mV量級(jí)）對(duì)較低設(shè)計(jì)層級(jí)硬件木馬的微弱旁路信號(hào)采集造成了嚴(yán)重影響，甚至可能湮滅硬件木馬的信號(hào)（單門硬件木馬低至μV量級(jí)）。專利CN201610135409.3中針對(duì)金片和待測(cè)芯片（Chip UnderTest，CUT）的功耗信號(hào)研制了模擬信號(hào)同步差分放大系統(tǒng)，能夠有效抑制電路中硬件木馬以外的共同分量干擾，提高了旁路信號(hào)質(zhì)量，但單是該系統(tǒng)無法對(duì)同一芯片進(jìn)行自差分信號(hào)采集，無法抑制芯片之間工藝噪聲的干擾。文獻(xiàn)[1]提出了基于自差分分析的硬件木馬檢測(cè)方法,然而其進(jìn)行自差分的信號(hào)仍通過傳統(tǒng)示波器方式采集得到，即進(jìn)行差分的信號(hào)為量化后的信號(hào)，通過數(shù)字方式進(jìn)行差分。因此，量化過程中造成的信息丟失已然無法彌補(bǔ)，使得該方法難以應(yīng)對(duì)版圖級(jí)及更低設(shè)計(jì)層級(jí)的硬件木馬檢測(cè)。

[1] 張陽，全厚德，李雄偉，陳開顏. 基于自差分分析的硬件木馬檢測(cè)研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2019, 47(2): 98-102.

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種集成電路旁路信號(hào)自差分放大采樣方法與系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)無法有效抑制芯片之間的工藝噪聲、環(huán)境噪聲的干擾，不能采集到高質(zhì)量的旁路信號(hào)的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種集成電路旁路信號(hào)自差分放大采樣方法，包括以下步驟：

a.使用激勵(lì)電路向待測(cè)芯片CUT發(fā)送測(cè)試向量，對(duì)CUT進(jìn)行激勵(lì)，使CUT產(chǎn)生相應(yīng)的旁路信號(hào)；

b.使用傳感器采集CUT產(chǎn)生的旁路信號(hào)；