[發明專利]一種集成電路旁路信號自差分放大采樣方法與系統

有效

• 申請號: 201910523728.5
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110197086B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）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（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G06F21/71
• 分類號: G06F21/71;G06F21/76
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 李玉祥;胡澎

本發明涉及集成電路旁路信號自差分放大采樣方法與系統，本發明對不同時間點測試向量激勵下的待測集成電路芯片(Chip Under Test,CUT)所對應的旁路信號進行自差分放大，采用流水線延遲方式，對CUT在某一激勵下的模擬旁路信號進行延遲，并將其與后續某一時間點的激勵所對應的旁路信號同步送入差分放大器。經差分放大后，進行模數轉換，并將量化后的數字信號發送至主機，完成自差分旁路信號的采集。本發明可以抑制不同激勵下CUT旁路信號中的共同分量，僅將差異分量進行放大，可以獲得比通用示波器更高精度的旁路信號，支持模擬信號層面的自差分，可以有效抑制工藝噪聲、環境噪聲的干擾，能夠有效提高硬件木馬的檢測精度。

技術領域

本發明涉及一種信號采樣技術，具體地說是一種集成電路旁路信號自差分放大采樣方法與系統。

背景技術

集成電路（Integrated Circuit，IC）是完成信息處理的基本器件，廣泛應用于軍事、經濟、交通等眾多領域，其安全性直接影響整個系統的安全性。硬件木馬是敵手對IC原始電路的惡意篡改，可導致武器系統失效、基礎設施癱瘓、關鍵信息泄露等嚴重后果。硬件木馬是敵手置于IC中的“后門”，可以輕易繞過現有的安全防護措施，使得其成為信息時代的“馬其諾防線”。近年來，敘利亞雷達系統、波音787控制系統、軍用網絡系統等多個關鍵系統中發現了硬件木馬，其安全威脅日益突出。

集成電路運行過程中會引起電流的波動，會產生電磁輻射，這些都是集成電路的旁路信號（Side Channel Signal，也稱為側信道信號）。實驗證明旁路信號的變化與集成電路的內部結構緊密相關。一旦集成電路內部結構由于老化、缺陷、干擾、篡改等原因發生變化，其所對應的旁路信號必然產生相應的變化。因此，對旁路信號的變化進行分析可以檢測集成電路內部發生的細微變化。

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

[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研究[J].華中科技大學學報（自然科學版）, 2019, 47(2): 98-102.

發明內容

本發明的目的就是提供一種集成電路旁路信號自差分放大采樣方法與系統，以解決現有技術無法有效抑制芯片之間的工藝噪聲、環境噪聲的干擾，不能采集到高質量的旁路信號的問題。

本發明是這樣實現的：一種集成電路旁路信號自差分放大采樣方法，包括以下步驟：

a.使用激勵電路向待測芯片CUT發送測試向量，對CUT進行激勵，使CUT產生相應的旁路信號；

b.使用傳感器采集CUT產生的旁路信號；