集成电路(IC)作为现代信息设备核心部件甚至信息产业的发展基石,其安全性已经成为影响国家安全和国家利益的重要因素。然而,随着IC设计与半导体制造水平的提高,对芯片进行攻击和窃取机密信息变得越来越容易。此外,在经济利益驱动下IC在设计生产过程中大量使用第三方IP核、EDA工具以及第三方代工厂,这些不可控的环节中都可能被攻击者恶意植入硬件木马,给IC安全性带来了巨大的挑战。本文在简述硬件木马概念的基础上分析了硬件木马的结构和分类,总结了硬件木马的植入途径并对硬件木马检测方法做了系统分类;从不同的层次总结了硬件木马防护手段,对AES算法及其安全性进行了分析。以AES加密核心S-box电路中不同大小的硬件木马电路为例,系统研究了测试向量、采样频率、工艺偏差、电压抖动和温度对硬件木马检测的影响,发现有效激活木马电路使得检测敏感度最大提升12.71%,采样频率在200倍以上可压缩单个样本量并增加样本数量,工艺抖动较大、温度变化超过50℃、电压抖动超过2.5%时会掩盖木马功耗,由此提出了综合的硬件木马检测方案,在降低检测代价的情况下提高硬件木马的敏感度。重点考虑工艺偏差等噪声对基于功耗信息硬件木马检测的影响,通过引入功耗预处理过程优化了现有的均值差检验评估算法;提出了基于静态预处理和特征抽取相结合的噪声优化算法;构建了特征投影数据敛散性分析模型和投影空间重叠度检验模型,实验验证可以实现1%量级硬件木马检测。文中以AES算法电路为例,搭建了硬件木马功耗实验环境,在AES电路中植入大小为1.67%的功能篡改型硬件木马电路并对其功能进行了验证;对噪声优化算法处理后的功耗数据进行特征投影数据敛散性分析和空间重叠度检验,实验结果表明可以实现硬件木马检测;最后给出了硬件木马检测方法验证平台搭建的思路。