防御逆向攻击的逻辑混淆电路设计

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随着超大规模集成电路(Very Large Scale Integration,VLSI)和信息安全技术的发展,集成电路(Integrated Circuit,IC)在现代电子通信领域中扮演着极其重要的角色。因此,知识产权(Intellectual Property,IP)的保护受到越来越多的关注。然而,对IP核展开的攻击方式层出不穷,逆向工程是快速掌握设计者核心技术的途径。攻击者通过逆向工程剖析芯片的内部结构,提取电路网表,掌握芯片的实际功能,芯片克隆等行为更是严重侵犯设计者的知识产权。因此抗逆向工程攻击的逻辑混淆技术应运而生,本文主要通过对逆向工程实施过程进行深入剖析,采取虚拟孔、阈值电压等物理级伪装技术,设计新型逻辑混淆电路来隐藏芯片的物理特征,使攻击者难以提取电路关键信息,从而保护IC的功能不被破解,保护设计者的知识产权。研究内容主要包含以下几个部分:1.基于虚拟孔的防逆向工程密钥泄漏伪装门电路设计:首先通过对密钥泄漏的原因进行分析,结合虚拟孔隐蔽性高的特点,将不同逻辑功能集成到一个单元电路,然后提出安全加密模型及相似性的概念,将逻辑混淆电路应用于高级加密算法IP核,最后完成电路相关性能分析。2.基于虚拟孔的多米诺逻辑混淆电路设计:通过对逻辑混淆电路和物理级伪装技术的研究,利用接触孔的虚实性,提出二输入多米诺逻辑混淆电路,构成布尔逻辑完备集,并在此基础上提出多输入多米诺逻辑混淆电路,丰富逻辑功能的多样性,然后对电路进行仿真验证,分析在不同频率多种工艺角下电路的性能。3.基于TVD的逻辑混淆电路设计:通过对逻辑混淆电路和数据功耗间关系的研究,采用三相双轨预充逻辑(Three-Phase Dual-Rail Pre-charge Logic,TDPL),利用定义的阈值电压(Threshold Voltage Defined,TVD)特性,提出一种能防御逆向工程和差分功耗分析攻击的逻辑混淆电路,并通过Spectre仿真验证其功能,最后统计实验数据并分析电路性能。本文所提出的电路方案均采用TSMC 65nm CMOS工艺,通过Cadence Virtuoso进行电路和版图设计,使用Spectre对电路进行仿真验证。结果表明所设计的电路逻辑功能正确,在电路结构和性能方面具有优势。
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