[發明專利]一種SOC芯片物理防護單元、電路及防護方法

在審

• 申請號: 202010411067.X
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN113204802A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 盧君明;洪享
• 申請（專利權）人: 上海堅芯電子科技有限公司
• 主分類號: G06F21/75
• 分類號: G06F21/75
• 代理公司: 上海知信徽申專利代理事務所(普通合伙) 31428
• 代理人: 褚相武

本發明公開了一種SOC芯片物理防護單元、電路及防護方法，單元包括輸入數據鎖存器、信號通路反向器、異或門和輸出數據鎖存器，其中，輸入信號記為SD_in輸入所述輸入數據鎖存器的D端，輸入數據鎖存器的Q端輸出分別連接SOC芯片的頂層金屬網線和信號通路反向器，通過頂層金屬網線后的輸出和信號通路反向器后的輸出作為所述異或門的輸入，異或門的輸出為輸入信號的數據校驗位，記為SD_chk；通過頂層金屬網線后的輸出輸入所述輸出數據鎖存器的D端，輸出數據鎖存器的Q端為輸出信號記為SD_out。本發明增加了芯片物理防護能力，電路簡單易于實現，同時不會增加芯片電路復雜度；防護單元易于并聯擴展實現，可以實現多位并行數據讀取和校驗。

技術領域

本發明屬于電子電路領域，具體涉及一種SOC芯片物理防護單元、電路及防護方法。

背景技術

隨著與個人信息相關電子產品的日益廣泛應用，針對存儲個人信息、隱私、密碼等數據的芯片的安全設計技術逐步受到重視。目前的芯片中，有一大部分為內嵌MCU內核的SOC芯片，同時SOC芯片也是芯片發展的一個趨勢。在SOC芯片中，有相當一部分功能是通過MCU的軟件來實現。由于SOC芯片內的數據存儲必須依賴與內部的物理介質，而針對這些芯片存儲介質的一些物理攻擊技術，也逐漸被一些非法攻擊者掌握，使得芯片的安全性受到嚴重挑戰。

目前一種有效的攻擊方式是侵入式攻擊：攻擊者使用激光技術或者聚焦離子束(FIB:Focused Ion Beam)等方法和技術，將芯片的內部信號暴露到表面，使用探針技術，將信號引到接收設備上，然后攻擊者就可以讀取內部機密信息，或者將修改的數據注入芯片。

為了防止上述物理攻擊，芯片設計廠商提出了版圖保護電路的概念，即在有效電路的版圖金屬層次上，再增加一層防護層金屬(Shield)和相關版圖保護電路，該防護層的信號線受到持續的監控，一旦該信號被破壞，芯片會自動開啟報警電路，實行電路自我毀壞，防止非法操控數據。

圖1所示的是一個常用的版圖保護電路結構，以8條頂層金屬網線15結構為例，數據經8個鎖存器1的Q端輸出，如果某條頂層金屬網線15受到破壞，則該網線對應通路上的鎖存異或門2會輸出“1”，經過或門3，校驗位寄存器4的D端和Q端出現“1”信號，設計者常用該校驗位寄存器4的Q信號來復位芯片，保護內部信息不被非法竊取。

由于芯片逆向技術的發展，以及攻擊手段和技術的的進一步提升和更新，針對安全芯片物理攻擊的技術逐漸被非法攻擊者掌握，使得這種版圖保護電路的安全性受到嚴重挑戰。針對圖1這種版圖保護電路結構，攻擊者在分析清楚電路結構后，可以使用先進的激光技術或者FIB技術，進行實時修補電路，使版圖保護電路失去保護功能，此后攻擊者就可以隨心所欲的將需要的芯片內部信號進行操控。圖1所示的版圖保護電路，攻擊者只要采用先進FIB技術，將校驗位寄存器4的D端或Q端，固定接到“0”上，則可以任意對頂層金屬網線15進行破壞，而不影響到版圖保護電路的校驗位最終結果。

發明內容

鑒于以上存在的技術問題，本發明提供了一種適用于SOC芯片的物理防護，由一個版圖保護的基本單元，基本單元構成電路和版圖物理防護方法組成，避免非法攻擊者采用簡單的FIB技術以較低的代價對SOC芯片進行破壞，實現真正的對SOC芯片防物理攻擊。

采用如下的技術方案：

一種SOC芯片物理防護單元，包括輸入數據鎖存器、信號通路反向器、異或門和輸出數據鎖存器，其中，輸入信號記為SD_in輸入所述輸入數據鎖存器的D端，輸入數據鎖存器的Q端輸出分別連接SOC芯片的頂層金屬網線和信號通路反向器，通過頂層金屬網線后的輸出和信號通路反向器后的輸出作為所述異或門的輸入，異或門的輸出為輸入信號的數據校驗位，記為SD_chk；通過頂層金屬網線后的輸出輸入所述輸出數據鎖存器的D端，輸出數據鎖存器的Q端為輸出信號記為SD_out。

優選地，所述異或門為二輸入型。