基于最大间距准则的硬件木马检测方法研究

针对硬件木马检测问题,分析了功耗旁路信号的统计特性,建立了木马检测问题的物理模型.在此基础上,提出了一种基于功耗旁路信号的硬件木马检测方法,该方法利用最大间距准则(MMC)处理旁路信号,构建体现基准芯片与木马芯片旁路信号之间最大差异的投影子空间,通过比较投影之间的差异检测集成电路芯片中的硬件木马;采用物理实验对该方法进行了验证,通过在现场可编程门阵列(FPGA)芯片上实现的高级加密标准(AES)加密电路中植入不同规模的木马电路,分别采集功耗旁路信号(各1 000条样本),并利用MMC方法对样本信号进行处理.实验结果表明:MMC方法能有效分辨出基准芯片与木马芯片之间旁路信号的统计特征差异,实现了硬件木马的检测.该方法与Karhunen-Loève(K-L)变换方法相比,有较好的检测效果.     

基于电磁泄漏相关性分析的硬件木马设计

针对集成电路芯片在制造过程中可能被嵌入恶意硬件电路、形成硬件木马这一问题,提出一种新的硬件木马设计技术.利用扩频通信原理,对芯片中的密钥或秘密数据进行扩频调制,有意形成器件噪声级别以下的电磁泄漏旁路,然后通过相关性分析技术提取秘密信息.对示例性AES(advanced encryption standard)密码电路的攻击实验表明,该硬件木马利用15 800个电磁信号样本,成功获取了AES中的8bit密钥.     

基于侧信道分析的硬件木马建模与优化

针对集成电路中的硬件木马问题,开展了基于侧信道分析的硬件木马电路功耗模型的设计和优化工作.在完成建模的基础上,分析了木马电路对模型参数的影响.针对木马检测中的工艺偏差噪声问题,提出了一种基于主成分分析的模型优化算法.该方法利用协方差矩阵完成数据的投影变换,从而减小工艺偏差噪声对测试的影响.经仿真验证表明建立的模型与实验得到的数据基本符合.通过对测试电路进行蒙特卡罗分析,完成了工艺偏差噪声的仿真,同时验证了模型优化算法的有效性.     

工艺偏差下基于因子分析的硬件木马检测方法

针对侧信道硬件木马检测方法受到工艺偏差噪声和测试噪声影响的问题,提出了一种基于最大似然因子分析结合聚类判别的硬件木马检测方法.首先获取待测芯片的功耗信息,利用因子分析的方法提取公共因子,并利用最大似然方法计算因子载荷矩阵,最后使用分层聚类方法对因子载荷矩阵进行分类,区分出含有硬件木马的待测电路.利用现场可编程门阵列检测平台在考虑工艺偏差影响的情况下进行了实验验证,结果表明:在母本电路等效门数约为4 292个与非门的情况下,采用基于因子分析结合聚类分析的硬件木马检测方法可以在工艺偏差条件下有效检测出占母本电路面积比0.44%左右的硬件木马.     

基于主成分分析的硬件木马检测方法

针对侧信道检测方法检出率不高的问题,提出一种基于主成分分析结合马氏距离的检测方法.通过对芯片功耗进行建模分析,首先采用主成分分析法对旁路信息中的微小差异进行放大提取,获取主特征,然后使用马氏距离进行判别区分,识别硬件木马.基于自主设计的FPGA(field-programmable gate array)检测平台进行实验验证,结果表明:采用基于主成分分析结合马氏距离的硬件木马检测方法可以有效检测出占母本电路面积0.6%左右的硬件木马.     

一种基于缩短激活时间的硬件木马检测方法

通过对硬件木马的激活过程进行建模,分析了影响激活时间的主要因素,提出一种在集成电路设计阶段插入木马检测专用模块(MFTD)的方法,即在电路中翻转概率低的节点处插入特殊结构的门单元,使电路中所有节点翻转概率都大于特定值.基于ISCAS′89基准电路s386的仿真结果表明:通过合理设定电路中节点的翻转阈值,该方法能够在检测阶段有效增加电路的开关频率,缩短木马的激活时间,提高检测效率,同时使面积开销较小.     

基于有限状态机的硬件木马设计和插入

针对集成电路设计和制造中存在的硬件木马问题, 提出一种新的模型来提高木马检测能力。该模型基于有限状态机, 比组合电路型木马难于触发和检测。同时, 木马电路插入位置的选择也可以有效规避路径延时检测方法。实验选择ISCAS’89基准电路中的S349作为目标电路, 对功能和延时信息进行仿真。实验结果表明, 这种类型的木马难于激活, 并且选择合适的插入位置可以有效隐藏延时信息。     

基于RS232协议时隙的硬件木马设计

密码芯片的硬件安全模块在IC生产和制造的过程中易被植入硬件木马等恶意电路。鉴于硬件木马的强大功能,提出了基于RS232协议时隙的硬件木马设计方法。利用RS232协议的异步特性,对其发送密文字节间的时隙进行编码,从而实现密码芯片中密钥的隐蔽泄漏;并通过功能分析和电磁旁路分析两种方法成功检测出木马所发送出的密钥。实验表明,该硬件木马在占用不到40个寄存器的情况下,成功实现了DES密钥的泄漏。     

基于RO硬件木马检测的工艺偏差校正方法

针对基于环形振荡器(ring oscillator,RO)的硬件木马检测方法受到工艺偏差的严重影响,导致木马检测准确度降低的问题,提出了一种新的针对RO硬件木马检测进行工艺偏差校正的方法.首先,根据硬件木马和工艺偏差对芯片供电电压变化的不同反应特性,改变测试数据中两者所占的比重,获取大致工艺偏差影响范围,然后削弱测试数据中工艺偏差的影响,突出和显化硬件木马的影响,最后通过马氏距离以及欧式距离等判别方法识别出硬件木马.利用现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)测试平台进行了实验验证,数据处理结果表明,在0.61%,片内工艺偏差下可以有效检测出工艺偏差校正前无法识别的硬件木马,木马电路的大小等效为44个与非门.并且提出的方法可以扩展应用于包含片内工艺偏差的情况.     

基于电路活性测度的硬件木马检测方法

针对硬件木马的隐蔽性强和检测效率低等问题,提出一种基于电路活性测度的硬件木马检测方法.通过从恶意攻击者的角度分析电路,在电路的少态节点处植入木马激活模块(TAM),该方法可有效提升电路的整体活动性,进而提高硬件木马的激活度.以ISCAS'89基准电路S713为研究对象进行仿真验证,实验结果表明:TAM结构可将电路活动性提升1.7倍.在此基础上建立基于FPGA的测试平台开展侧信道分析实验,并采用主成分分析方法,实现低活性硬件木马的检测.     

基于符号函数的蔡氏电路设计及其应用简

针对蔡氏电路中蔡氏二极管物理实现复杂的缺陷,设计了一种基于符号函数的蔡氏电路。对采用符号函数的蔡氏电路状态方程,按照方程各状态变量的对应关系用模块电路连接对其硬件实现,设计出了一种无电感能产生二涡卷蔡氏混沌吸引子的蔡氏电路。用驱动-响应式同步制式对蔡氏电路进行研究,结果表明同步得很好。理论分析、仿真结果和硬件电路测试结果一致,证明了电路的正确性和设计的有效性。     

用PLD芯片和AHDL语言进行交通灯控制器设计

交通信号灯控制器是数字电路的经典问题 ,通常的设计方法基于中、小规模集成电路进行 ,电路元件多、接线复杂、故障率高。大规模集成电路的发展、EDA技术的出现 ,使数字电路的设计进入了一个崭新阶段。PL D芯片属于大规模集成电路 ,其种类很多 ,内部结构也不同 ,但共同的特点是体积小、使用方便。文章介绍了用 A HDL 语言设计交通灯控制器的方法 ,并在 MAXPL U S2系统对 PL D芯片进行下载 ,由于生成的是集成化的数字电路 ,没有传统设计中的接线问题 ,所以故障率低、可靠性高 ,而且体积非常小。说明了 EDA技术在数字电路设计中的优越性     

单片集成块5246组成的图文电视接收系统

研究一种图文电视数据广播接收系统的硬件原理及实现．笔者选择采用了一种大规模集成电路—５２４６．它将图文电视数据广播的接收、解码功能集成于一片大规模集成电路上，完成了图文电视接收解码的特殊任务．并由５２４６组成了两种图文电视数据广播接收系统的硬件电路，一种是由５２４６组成的符合世界图文电视规范ＷＳＴ的简单的图文电视数据广播接收系统，但这种系统没有汉字显示功能；另一种是由５２４６和微处理器、计算机等组成的图文电视数据广播接收系统的硬件电路原理，它配上相应的软件即可具有汉字显示功能．详细描述了单片集成电路５２４６的内部结构原理及应用．     

基于FPGA的微波炉控制器设计

本文通过VHDL的编程来实现微波炉控制系统各个模块的功能,顶层的设计使用图形输入来实现,体现了基于FPGA的微波炉控制系统模块化的设计理念和通过状态图来表现的描述方法,以及通过VHDL硬件描述语言的编程过程,并且使用Quartus II软件实现仿真。该微波炉控制系统较于基于单片机设计的市面上大多数微波炉控制系统来说,有着电路设计简单、灵活性强、功能扩展性强等优点。该系统主要由以下模块组成:状态控制电路、数据装载电路、计时电路、显示译码电路。经过对系统的分析,以及合理的进行模块连接,利用FPGA芯片进行波形仿真,验证了该系统的可行性,基本实现了该设计的预期要求。     

基于Kalman滤波器的多频电涡流信号解调方法研究

提出了基于Kalman滤波器的多频电涡流信号解调方法.该方法对含有多个频率分量的模拟信号进行直接采样,通过Kalman滤波器递推算法,实时同步解调多个检测频率分量的相位幅值等特征量信息.与传统的模拟相敏检波和数字相敏检波方法比,该方法无需硬件解调电路,电路结构简单,理论上可以软件灵活配置任意多个频点参数,不再依赖于具体硬件电路.     

教学机器人的设计与实现

介绍了华东师范大学按照国家教育部制定的“普通中学技术课程标准”设计的教学机器人模型．该机器人模型可用于中学单片机应用的教学,其主要特点为：用模块学习取代芯片学习,解决中学生缺乏计算机硬件和电路基础知识的困难;用软件仿真和程序下载相结合的方法,解决教学机器人制作必须使用单片机开发设备的问题．     

库仑滴定终点判定的研究

本文介绍了库仑滴定终点判定的原理,分析了在COD测量中测量电极的输出电压的变化规律,提出了用硬件电路和软件处理判终的方法,给出了三种硬件判终和两种软件判终方案.文中对这些方案的特性进行了分析,特别是对第三种判终方案——滞后判终进行了深入的讨论.     

微处理机控制的话音/数据内插系统

本文介绍了一个用微处理机控制的话音数据内插系统.该系统利用话音内插原理增加载波电路的容量,可以在一个载波电话电路上传输一路话音信号的同时再传输一个50～9600bit/s 的数据信号.该系统由两个终端组成,每一个终端均由一个微处理机控制.微处理机用以进行话音检测和系统的控制.其它部分由硬件构成.所有软件程序均可以固化在EPROM 上.经计算机模拟和硬件电路测试分析,获得了满意的结果.