[發明專利]一種存儲路徑上主動防御硬件木馬的系統及方法

有效

• 申請號: 202010294220.5
• 申請日: 2020-04-15
• 公開（公告）號: CN111488575B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 烏力吉;吳健;張向民;李翔宇;王德偉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F21/56
• 分類號: G06F21/56;G06F21/60;G06F21/78
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;胡曉男

1.一種存儲路徑上主動防御硬件木馬的系統，其特征在于，包括：

密鑰單元，與CPU連接，用于根據CPU的指令產生變碼操作及解碼操作所需的密鑰；

變碼單元，與存儲器、所述密鑰單元連接，用于獲取原始數據，利用所述密鑰對原始數據進行變碼操作，并傳輸至所述存儲器進行存儲；

解碼單元，與所述存儲器、所述密鑰單元連接，用于獲取所述存儲器輸出的數據，利用所述密鑰對所述存儲器輸出的數據進行解碼操作；

所述密鑰單元包括：

隨機數模塊，與控制器連接，用于根據所述控制器的指令產生主密鑰及第一標簽，所述第一標簽用于選擇變碼及解碼單元中的S盒；

密鑰生成模塊，與所述隨機數模塊連接，用于根據所述主密鑰生成若干子密鑰；

所述密鑰生成模塊，包括：

密鑰擴展模塊，用于根據所述主密鑰產生若干子密鑰；

至少兩組密鑰池，用于存儲子密鑰，其中，至少一組密鑰池用于存儲當前周期的子密鑰，至少一組密鑰池用于存儲下一周期更新的子密鑰；

更新控制模塊，用于控制所述密鑰擴展模塊產生子密鑰的時間，控制子密鑰寫入密鑰池的順序，以及生成第二標簽，所述第二標簽實現在變碼操作或解碼操作中進行密鑰池的選擇；

在所述原始數據進入變碼模塊時，先使用第一組密鑰池的子密鑰進行變碼，在對應此數據的報文生存期內，第一組密鑰池的子密鑰均保持變碼有效，在該報文生存期后，第二組密鑰池進行更新，開始采用第二組密鑰池開始變碼，而第一組密鑰池繼續額外保持該報文生存期用于解碼。

2.根據權利要求1所述的存儲路徑上主動防御硬件木馬的系統，其特征在于，所述系統在FPGA上實現。

3.根據權利要求1所述的存儲路徑上主動防御硬件木馬的系統，其特征在于，所述密鑰單元還包括：

控制器，與CPU連接，用于接收CPU的指令，根據CPU的指令生成控制隨機數模塊的指令。

4.根據權利要求3所述的存儲路徑上主動防御硬件木馬的系統，其特征在于，所述密鑰擴展模塊利用輪函數將所述主密鑰迭代產生若干子密鑰。

5.根據權利要求1所述的存儲路徑上主動防御硬件木馬的系統，其特征在于，所述系統還包括：

第一校驗單元，與所述存儲器連接，用于對原始數據進行校驗，計算第一校驗碼，所述第一校驗碼與變碼操作后的數據一同傳輸至存儲器進行存儲；

第二校驗單元，與所述存儲器連接，用于對解碼操作后的數據進行校驗，計算第二校驗碼，并將所述第一校驗碼與所述第二校驗碼進行比對。

6.根據權利要求1所述的存儲路徑上主動防御硬件木馬的系統，其特征在于，所述變碼單元，采用多輪PUFFIN算法輪函數迭代結構對原始數據進行變碼操作；所述解碼單元，采用多輪PUFFIN算法輪函數迭代結構對存儲器輸出的數據進行解碼操作。

7.一種存儲路徑上主動防御硬件木馬的方法，其特征在于，應用權利要求1-6中任一項所述的系統實現，所述方法包括：

根據CPU的指令產生變碼操作及解碼操作所需的密鑰；

獲取原始數據，利用所述密鑰對原始數據進行變碼操作，并傳輸至存儲器進行存儲；

獲取所述存儲器輸出的數據，利用所述密鑰對存儲器輸出的數據進行解碼操作。

8.根據權利要求7所述的存儲路徑上主動防御硬件木馬的方法，其特征在于，所述根據CPU的指令產生變碼操作及解碼操作所需的密鑰的步驟，包括：

接收CPU的指令，根據CPU的指令生成控制隨機數模塊的指令；

根據控制器的指令產生主密鑰及第一標簽；

根據主密鑰生成若干子密鑰；

其中，所述根據控制器的指令產生主密鑰及第一標簽的步驟，包括：

每個時鐘信號產生第一預設位的隨機數；隨機數中，一部分用作第一標簽，另一部分用作積累信號，所述積累信號隨著時鐘信號的產生而不斷積累；

積累達到第二預設位的積累信號為主密鑰。

9.根據權利要求7所述的存儲路徑上主動防御硬件木馬的方法，其特征在于，所述方法還包括：

對原始數據進行校驗，計算第一校驗碼，第一校驗碼與變碼操作后的數據一同傳輸至存儲器進行存儲；

對解碼操作后的數據進行校驗，計算第二校驗碼，并將所述第一校驗碼與所述第二校驗碼進行比對；

若所述第一校驗碼與所述第二校驗碼不匹配，則拋棄所述解碼操作后的數據。