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集成電路硬件木馬檢測方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種集成電路硬件木馬檢測方法及系統，上述集成電路硬件木馬檢測方法包括：獲取待測芯片的旁路信息數據；從待測芯片抽取若干個樣本芯片并聚類成兩個芯片聚類，并確定相應的聚類中心；從兩個聚類中抽取幾個樣本芯片進行逆向工程硬件木馬分析，確定其類型；根據除聚類芯片外的其它待測芯片與所述兩個聚類中心的歐氏距離，確定其它待測芯片的類型。上述集成電路硬件木馬檢測方法及系統不需要經過大量的集成電路硬件木馬逆向工程分析工作便可以完成所有待測芯片的硬件木馬檢測工作，提高了集成電路硬件木馬檢測效率，并且降低了檢測過程中的成本。
【專利說明】集成電路硬件木馬檢測方法及系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及集成電路檢測【技術領域】，特別是涉及一種集成電路硬件木馬檢測方法 及系統。

【背景技術】
[0002] 隨著半導體技術、制造技術的發展，硬件外包設計和流片已成為全球化趨勢，近年 來出現了一種針對集成電路新型硬件攻擊方式，稱為"硬件木馬"。硬件木馬主要是指在IC 設計和制造過程中人為地惡意添加一些非法電路或者篡改原始設計文件，從而留下"時間 炸彈"或"電子后門"等，為后續攻擊打開方便之門。硬件木馬一旦被人為隱蔽地插入一個 復雜的芯片中，要檢測出來是十分困難的，其危害主要包括竊取芯片重要的信息、影響電路 性能和可靠性、篡改芯片功能甚至損壞芯片。
[0003] 近年來，硬件木馬檢測技術發展迅速，主要包括基于失效分析、邏輯測試以及旁路 信號分析等檢測方法，然而，這些方法一般需要對大量的集成電路芯片逐個進行硬件木馬 分析（例如反剖工程分析等）工作，使集成電路硬件木馬檢測工作效率較低，并且需要的成 本相對高。


【發明內容】

[0004] 基于此，針對現有技術中硬件木馬檢測工作效率低，成本高的問題，本發明提供一 種集成電路硬件木馬檢測方法及系統。
[0005] -種集成電路硬件木馬檢測方法，包括如下步驟：
[0006] 獲取待測芯片的旁路信息數據；
[0007] 從待測芯片抽取若干個樣本芯片，根據旁路信息數據，將所述樣本芯片聚類成兩 個芯片聚類，并分別確定所述兩個芯片聚類的聚類中心；
[0008] 分別從兩個芯片聚類中抽取幾個樣本芯片進行逆向工程硬件木馬分析，確定抽樣 芯片的類型，并根據抽樣芯片的類型辨識兩個芯片聚類的類型；其中，所述芯片類型包括木 馬芯片和非木馬芯片，所述聚類類型包括木馬芯片聚類和非木馬芯片聚類；
[0009] 根據除聚類芯片外的其它待測芯片的旁路信息數據計算其與所述兩個聚類中心 的歐氏距離，根據歐氏距離分別將待測芯片劃分至與待測芯片歐氏距離相對較小的聚類中 心所代表的聚類中，從而確定所有待測芯片的類型。
[0010] 一種集成電路硬件木馬檢測系統,包括：
[0011] 信息獲取模塊，用于獲取待測芯片的旁路信息數據；
[0012] 芯片聚類模塊，用于從待測芯片抽取若干個樣本芯片，根據所述樣本芯片的旁路 信息數據，將所述樣本芯片聚類成兩個芯片聚類，并分別確定所述兩個芯片聚類的中心；
[0013] 聚類識別模塊，分別從兩個芯片聚類中抽取幾個樣本芯片進行逆向工程硬件木馬 分析，確定抽樣芯片的類型，并根據抽樣芯片的類型辨識兩個芯片聚類的類型；其中，所述 芯片類型包括木馬芯片和非木馬芯片，所述聚類類型包括木馬芯片聚類和非木馬芯片聚 類；
[0014] 芯片識別模塊，根據除聚類芯片外的其它待測芯片的旁路信息數據計算其與所述 兩個聚類中心的歐氏距離，根據歐氏距離分別將待測芯片劃分至與待測芯片歐氏距離相對 較小的聚類中心所代表的聚類中，從而確定所有待測芯片的類型。
[0015] 上述集成電路硬件木馬檢測方法及系統，先從待測芯片中抽取部分樣本芯片，根 據樣本芯片的旁路信息對其聚類成聚類芯片，并進行硬件木馬分析，根據樣本芯片的聚類 和分析結果確定除聚類芯片外的其它待測芯片的類型，使本發明提供的集成電路硬件木馬 檢測方法及系統不需要經過大量的集成電路解剖或逆向工程分析工作便可以完成所有待 測芯片的硬件木馬檢測工作，提高了集成電路硬件木馬檢測效率，并且降低了檢測過程中 的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為一個實施例的集成電路硬件木馬檢測方法流程圖；
[0017] 圖2為一個實施例的根據樣本芯片瞬態電流（Iddt)和靜態電流（Iddq)信息聚類結 果示意圖；
[0018] 圖3為一個實施例的根據樣本芯片的三個旁路信息數據聚類結果示意圖；
[0019] 圖4為一個實施例的芯片模糊聚類流程圖；
[0020] 圖5為一個實施例的確定抽樣芯片的類型的方法流程圖；
[0021] 圖6為一個實施例的集成電路硬件木馬檢測系統的模塊圖；
[0022] 圖7為一個實施例的聚類識別模塊中芯片聚類系統的模塊圖；
[0023] 圖8為一個實施例的聚類識別模塊芯片類型識別系統的模塊圖。

【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖對本發明提供的集成電路硬件木馬檢測方法及系統的具體實施方 式作詳細描述。
[0025] 參考圖1，圖1所示為一個實施例的集成電路硬件木馬檢測方法流程圖，如圖所 示，本實施例提供的集成電路硬件木馬檢測方法包括如下步驟：
[0026] SlOO，獲取待測芯片的旁路信息數據；
[0027] 上述步驟SlOO中，可以根據待測芯片的功能以及可能存在硬件木馬的區域對應 的旁路信息等特點選擇性獲取所需要的旁路信息，并將上述旁路信息存入向量Xk中，用于 后續的芯片聚類和類型確定，其中，Xk中的下標k= 1，2,…，η，η表示待測芯片的個數。
[0028] s300,從待測芯片抽取若干個樣本芯片，根據旁路信息數據，將所述樣本芯片聚類 成兩個芯片聚類，并分別確定所述兩個芯片聚類的聚類中心；
[0029] 上述步驟S300中，先從待測芯片抽取部分芯片作為樣本芯片，根據上述旁路信息 數據的特點劃分為兩個聚類，并確定相應的兩個聚類中心μ:和μ2，用于后續判斷除聚類 芯片（即聚類后的樣本芯片）外的其他待測芯片的類型。
[0030] S500,分別從兩個芯片聚類中抽取幾個樣本芯片進行逆向工程硬件木馬分析，確 定抽樣芯片的類型，并根據抽樣芯片的類型辨識兩個芯片聚類的類型；其中，所述芯片類型 包括木馬芯片和非木馬芯片，所述聚類類型包括木馬芯片聚類和非木馬芯片聚類；
[0031] 上述步驟S500中，從兩個芯片聚類中分別抽取幾個樣本芯片作為抽樣芯片進行 逆向工程硬件木馬分析，根據上述硬件木馬分析的結果便可以判斷出木馬芯片聚類和非木 馬芯片聚類，不需要對所有的聚類芯片逐個進行硬件木馬檢測，降低了檢測過程中的工作 量，其中抽取的樣本芯片的個數可以預設比例，也可以是選擇樣本芯片中的小部分。
[0032] S700,根據除聚類芯片外的其它待測芯片的旁路信息數據計算其與所述兩個聚類 中心的歐氏距離，根據歐氏距離分別將待測芯片劃分至與待測芯片歐氏距離相對較小的聚 類中心所代表的聚類中，從而確定所有待測芯片的類型。
[0033] 上述步驟s700中，所述歐氏距離的表達式為心=-Al2，其中，k= 1，2, ···，!!!，m表示除聚類芯片外的其它待測芯片的個數，j= 1，2,Xk表示第k個待測芯片，μ」表示第j個芯片聚類的聚類中心。
[0034] 上述實施例提供的集成電路硬件木馬檢測方法，先從待測芯片中抽取部分樣本芯 片，根據樣本芯片的旁路信息將其劃分為兩個芯片聚類，再分別從兩個芯片聚類中分別抽 取幾個樣本進行逆向工程硬件木馬檢測，辨識兩個芯片聚類的類型，并能夠根據上述辨識 結果確定除聚類芯片外的其它待測芯片的類型，使本實施例提供的集成電路硬件木馬檢測 方法不用經過大量的集成電路硬件木馬分析工作便可以完成所有待測芯片的硬件木馬檢 測工作，提高了集成電路硬件木馬檢測效率，降低了檢測成本。
[0035] 在一個實施例中，上述旁路信息可以包括：瞬態電流、靜態電流、最大工作頻率、 延時、電磁特性以及熱效應中的一種或者多種。圖2所示為本實施例的根據樣本芯片的瞬 態電流（Iddt)和靜態電流（IddtJ)信息聚類結果示意圖，如圖2所示，X軸坐標表示靜態電流 (Iddq)，y軸坐標表示瞬態電流（Iddt)，上述集成電路硬件木馬檢測方法根據樣本芯片瞬態電 流（Iddt)和靜態電流（Iddq)的特征，將其分為木馬芯片和非木馬芯片兩個聚類，并能分別確 定兩個聚類中心：木馬芯片聚類中心和非木馬芯片聚類中心。觀察圖2所示結果可以發現 上述瞬態電流和靜態電流能夠比較準確地反映一個集成電路的工作狀態，區分聚類芯片的 類型。
[0036] 圖3所示為本實施例的根據上述樣本芯片的三個旁路信息數據：第一旁路信息數 據、第二旁路信息數據以及第三旁路信息數據的聚類結果示意圖，其中，X軸坐標代表第一 旁路信息數據，y軸坐標代表第二旁路信息數據，z軸坐標代表第三旁路信息數據，觀察圖 3所示結果可以發現上述集成電路硬件木馬檢測方法能根據樣本芯片的三個旁路信息數據 準確劃分出木馬芯片聚類和非木馬芯片聚類，并且確定相應的聚類中心。
[0037] 上述旁路信息還可以包括相關信息中的一種或者多種，使本實施例中的旁路信息 能夠包含集成電路多個特點，有利于從樣本芯片中辨識出包含較小電路硬件木馬的芯片。
[0038] 在一個實施例中，上述旁路信息數據可以指旁路信息原始測試數據或降維后的特 征數據。
[0039] 參考圖4,圖4所示為一個實施例的芯片模糊聚類流程圖，將所述樣本芯片聚類成 兩個芯片聚類，并分別確定所述兩個芯片聚類的聚類中心，可以包括：
[0040] S310,從所述樣本芯片的旁路信息數據中隨機選取兩個聚類中心；
[0041] 上述步驟s310,所述聚類中心為一個數據向量，有助于后續步驟中區分差別甚微 的待測芯片。
[0042] s320,預設樣本芯片的旁路信息數據對聚類中心的模糊隸屬度值；
[0043] 上述步驟s320中，所述樣本芯片的旁路信息數據對聚類中心的模糊隸屬度說明 上述樣本芯片不完全屬于某個聚類中心代表的聚類，可以同時隸屬于多個聚類，模糊隸屬 度值這一參數的引入可以提高聚類結果的精度，使異常情況不明顯的木馬芯片也能從非木 馬芯片中區分出來。
[0044] s330,通過迭代方法不斷修正聚類中心和模糊隸屬度值；其中，迭代過程以極小化 樣本芯片到各聚類中心的歐氏距離與模糊隸屬度值乘積的加權和為優化目標；
[0045] 上述步驟s330中，不斷修正聚類中心和模糊隸屬度值，具體可以包括：
[0046] 根據預設的先驗概率Ρ(ωρ以及具有確定數學形式的條件概率密度 P(XtIωΘ,.)得到樣本Xt的產生概率P(XtIΘ):

【權利要求】
1. 一種集成電路硬件木馬檢測方法，其特征在于，包括如下步驟： 獲取待測芯片的旁路信息數據； 從待測芯片抽取若干個樣本芯片，根據旁路信息數據，將所述樣本芯片聚類成兩個芯 片聚類，并分別確定所述兩個芯片聚類的聚類中心； 分別從兩個芯片聚類中抽取幾個樣本芯片進行逆向工程硬件木馬分析，確定抽樣芯片 的類型，并根據抽樣芯片的類型辨識兩個芯片聚類的類型；其中，所述芯片類型包括木馬芯 片和非木馬芯片，所述聚類類型包括木馬芯片聚類和非木馬芯片聚類； 根據除聚類芯片外的其它待測芯片的旁路信息數據計算其與所述兩個聚類中心的歐 氏距離，根據歐氏距離分別將待測芯片劃分至與待測芯片歐氏距離相對較小的聚類中心所 代表的聚類中，確定所有待測芯片的類型。
2. 根據權利要求1所述的集成電路硬件木馬檢測方法，所述旁路信息包括：瞬態電流、 靜態電流、最大工作頻率、延時、電磁特性以及熱效應中的一種或者多種。
3. 根據權利要求1所述的集成電路硬件木馬檢測方法，所述旁路信息數據是指旁路信 息原始測試數據、或降維后的特征數據。
4. 根據權利要求1所述的集成電路硬件木馬檢測方法，所述將所述樣本芯片聚類成兩 個芯片聚類，并分別確定所述兩個芯片聚類的聚類中心包括如下步驟： 從所述樣本芯片的旁路信息數據中隨機選取兩個聚類中心； 預設樣本芯片的旁路信息數據對聚類中心的模糊隸屬度值； 通過迭代方法不斷修正聚類中心和模糊隸屬度值；其中，迭代過程以極小化樣本芯片 到各聚類中心的歐氏距離與模糊隸屬度值乘積的加權和為優化目標； 根據所述聚類中心和模糊隸屬度的修正值將樣本芯片聚類成兩個芯片聚類。
5. 根據權利要求1所述的集成電路硬件木馬檢測方法，所述確定抽樣芯片的類型包括 如下步驟： 分別解剖或逆向工程所述抽樣芯片； 比對解剖或逆向工程后的抽樣芯片與原芯片的設計圖； 判斷解剖或逆向工程后的抽樣芯片與原芯片的設計圖是否匹配，若匹配，判斷其為非 木馬芯片，若不匹配，則判斷其為木馬芯片。
6. -種集成電路硬件木馬檢測系統，其特征在于，包括： 信息獲取模塊，用于獲取待測芯片的旁路信息數據； 芯片聚類模塊，用于從待測芯片抽取若干個樣本芯片，根據所述樣本芯片的旁路信息 數據，將所述樣本芯片聚類成兩個芯片聚類，并分別確定所述兩個芯片聚類的中心； 聚類識別模塊，分別從兩個芯片聚類中抽取幾個樣本芯片進行逆向工程硬件木馬分 析，確定抽樣芯片的類型，并根據抽樣芯片的類型辨識兩個芯片聚類的類型；其中，所述芯 片類型包括木馬芯片和非木馬芯片，所述聚類類型包括木馬芯片聚類和非木馬芯片聚類； 芯片識別模塊，根據除聚類芯片外的其它待測芯片的旁路信息數據計算其與所述兩個聚類 中心的歐氏距離，根據歐氏距離分別將待測芯片劃分至與待測芯片歐氏距離相對較小的聚 類中心所代表的聚類中，從而確定所有待測芯片的類型。
7. 根據權利要求6所述的集成電路硬件木馬檢測系統，所述旁路信息包括：瞬態電流、 靜態電流、最大工作頻率、延時、電磁特性以及熱效應中的一種或者多種。
8. 根據權利要求6所述的集成電路硬件木馬檢測系統，所述旁路信息數據是指旁路信 息原始測試數據或降維后的特征數據。
9. 根據權利要求6所述的集成電路硬件木馬檢測系統，所述芯片聚類模塊包括： 選取模塊，用于從所述樣本芯片的旁路信息數據中隨機選取兩個聚類中心； 預設模塊，用于預設樣本芯片的旁路信息數據對聚類中心的模糊隸屬度值； 修正模塊，用于通過迭代方法不斷修正聚類中心和模糊隸屬度值；其中，迭代過程以極 小化樣本芯片到各聚類中心的歐氏距離與模糊隸屬度值乘積的加權和為優化目標； 聚類模塊，用于根據所述聚類中心和模糊隸屬度的修正值將樣本芯片聚類成兩個芯片 聚類。
10. 根據權利要求6所述的集成電路硬件木馬檢測系統，所述聚類識別模塊包括： 解剖模塊，用于解剖或逆向工程所述抽樣芯片； 比對模塊，用于比對解剖或逆向工程后的抽樣芯片與原芯片的設計圖； 判斷模塊，用于判斷解剖或逆向工程后的抽樣芯片與原芯片的設計圖是否匹配，若匹 配，判斷其為非木馬芯片，若不匹配，則判斷其為木馬芯片。
【文檔編號】G01R31/28GK104316861SQ201410549090
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】何春華, 侯波, 王力緯, 恩云飛, 謝少鋒 申請人:工業和信息化部電子第五研究所