微电路中硬件木马检测方法全解析

### 微电路中硬件木马检测方法全解析 在当今数字化时代，微电路的安全至关重要。硬件木马作为一种隐蔽的安全威胁，可能会对系统造成严重破坏。本文将详细介绍多种检测微电路中硬件木马的方法，帮助大家更好地了解和应对这一安全挑战。 #### 常见检测方法概述 目前，检测硬件木马的方法多种多样，下面为大家简要介绍一些常见的方法。 1. **隔离可疑电路** - 通过将“可疑”电路替换为软件仿真，实现对木马的人工隔离。 - 检测可疑电路时，识别电路中所有未使用的轮廓。在微电路功能测试期间，如果某个轮廓部分在整个测试期间都未被使用，则该部分可能与木马轮廓相关。因为木马在功能测试中通常不应被检测到，所以会保持不活跃状态。 2. **特殊的SoC监测系统** - 由Vaksman和Setkhumadkhavan提出，假设恶意功能在开发阶段实现。 - 初始条件包括：恶意开发者数量少、活动不易被察觉、攻击者需要新资源绕过安全系统、保护系统由触发器激活、设计阶段编程的ROM包含正确数据。 - 木马模型有发射器（数据传输）和破坏者（数据更改）两种类型，后者难以检测。 - 为防止硬件绕过，使用由预测器、反应设备、目标和监视器四个元素组成的特殊SoC监测系统。当被测单元的功能结果与预测器的预测结果不匹配时，可检测到木马。 #### 其他有效检测方法 除了上述方法外，还有一些其他的检测方法也具有一定的效果。 1. **额外扫描链的应用** - Salmani等人使用特殊扫描链提高检测硬件木马的概率。 - 测试集成电路的设备通常与特定微电路设计无关。 - 该方法将扫描链分布在微电路的整个区域，在功能测试期间可专门激活或停用芯片的特定区域，从而检测木马活动迹象。实验表明，这种方法能部分提高木马的活动程度。 2. **改进的侧信道分析方法** - **“自参考”技术**：Du等人通过比较一个信息系统特定片段的功耗与另一个类似信息系统相同片段的功耗，功耗差异可能由木马引起。 - **局部刺激法**：Narasimhan等人通过局部刺激不同模块，利用侧信道分析确定瞬态电流和最大频率。由于瞬态电流和最大频率线性相关且最大频率不变，若瞬态电流值增加，则可能检测到木马。 - **瞬态信号频谱灵敏度分析**：Rad等人沿供电电路进行瞬态信号频谱灵敏度分析，以识别最小可检测的木马。当信噪比为10 dB时，最小可检测木马的大小增加到七个逻辑元件。 3. **热调节方法** - 结合逻辑元件表征和热调节来检测木马，热调节是指对被测微电路进行不均匀加热。 - 该方法基于温度升高时泄漏电流值呈指数增加的物理效应，可排除测量极低泄漏电流时因逻辑元件特性相互依赖产生的其他可能相关性。 - 对于大面积微电路，该方法不适用。Wei和Potcognac通过添加初步分割步骤，将大电路分解为多个小元件，提高了该方法的适用性。分割过程通过改变初始输入向量数量并冻结其他输入向量来实现，对特定分割部分应用逻辑元件表征和热调节，可获取木马存在信息，后续的识别机制可提供木马类型和输入通信线路信息。 #### 数据泄漏预防与综合分析方法 在检测硬件木马的过程中，还涉及到数据泄漏预防和综合分析等方面的内容。 1. **防止数据通过隐藏通道泄漏的方法** - Jean和Macris开发了一种攻击方法，通过操纵无线链路的传输信号来组织高级加密标准（AES）密钥的泄漏。 - Das等人提出使用特殊外部保护核心防止硬件木马通过数据总线导致的数据泄漏。特殊控制设备通过比较主内存访问总线每次访问操作的结果与模拟版本，若结果相同则自动批准访问，否则拒绝访问。内存访问操作的模拟在软件应用程序和专门设计的系统中进行。 2. **组合侧信道分析方法** - Kushanfar和Mirhoseyni提出同时使用各种第三方通道分析方法的基础设施，可同时分析不同第三方通道，使用消耗电流、电流泄漏和延迟等评估方法。 - 对测量结果进行数学分析，基于逻辑元件表征和统计分析，为标准研究程序设置新的附加功能。对微电路的每个逻辑电路计算实验测量结果与预期数值的偏差，进行灵敏度分析，以检测潜在的恶意微电路。不同木马对侧信道的影响不同，将多种分析的测量结果结合可提高检测水平。 - Lamech等人也使用方法评估各种侧信道组合分析结果的有效性，通过结合瞬态功率分析、性能分析和后续回归分析，可实现比单独使用每种分析更高的检测水平。 #### 增加木马激活概率与中和方法 为了更好地检测和应对硬件木马，还可以采取增加木马激活概率和中和木马等措施。 1. **增加木马激活概率** - Salmani等人通过在原始电路中插入虚假扫描触发器，增加微电路在功能测试过程中状态转换的概率，使木马部分或全部激活，从而在第三方通道分析中观察到能量消耗水平的相应增加。该方法的重要任务是减少IC授权时间，否则实际实施将面临困难。 2. **中和微电路中引入的木马** - A. Waksman和S. Sethumadhavan提出通过防止可用于创建木马的数字确定性触发器条件来中和嵌入式木马的影响。 - 监控不可靠数据，仅在其特定输入和输出点使用，对数据进行加密和隐藏，使木马触发器无法检测到攻击者编程的触发条件，从而防止木马激活。 -