检索结果-内蒙古大学图书馆

西北工业大学学报 2024年第1期42卷 92-97页

作者：张茜歌朱嘉诚马俊沈利香周佳慧慕德俊北京智芯微电子科技有限公司北京100000 西北工业大学深圳研究院广东深圳518057

大规模集成电路正面临着诸如设计脆弱性、侧信道、硬件木马等安全漏洞的威胁。传统的功能测试验证方法无法遍历所有的输入空间,同样无法检测侧信道安全漏洞。现有的形式化验证方法关注硬件设计的等价性和功能的正确性,难以满足安全性和... 详细信息

大规模集成电路正面临着诸如设计脆弱性、侧信道、硬件木马等安全漏洞的威胁。传统的功能测试验证方法无法遍历所有的输入空间,同样无法检测侧信道安全漏洞。现有的形式化验证方法关注硬件设计的等价性和功能的正确性,难以满足安全性和可靠性验证需求。研究面向安全性和可靠性验证的形式化模型,形成有效的硬件安全性与可靠性形式化验证方法。该方法能够从门级对集成电路进行建模,生成细粒度的形式化模型,实现对安全性与可靠性的形式化验证,可以捕捉硬件设计中潜在的安全隐患。实验结果表明该验证方法对硬件设计中存在的侧信道和硬件木马导致的信息泄露和篡改有很好的检测效果。

关键词：形式化模型故障效应分析漏洞检测硬件安全

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网络安全防护技术在信息系统硬件安全保护策略

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中国宽带 2025年第1期21卷 52-54页

作者：张伯宁河北省应急管理科学研究院

本文针对网络安全防护技术对于信息系统硬件安全保护展开研究,分析了当前信息系统硬件面临的主要安全威胁,包括物理破坏、电磁泄漏和硬件木马等。在此基础上,提出了构建多层次硬件安全防护体系的策略,涵盖物理安全防护、电磁安全防护和... 详细信息

本文针对网络安全防护技术对于信息系统硬件安全保护展开研究,分析了当前信息系统硬件面临的主要安全威胁,包括物理破坏、电磁泄漏和硬件木马等。在此基础上,提出了构建多层次硬件安全防护体系的策略,涵盖物理安全防护、电磁安全防护和硬件可信验证等方面。研究结果表明,通过实施全面的硬件安全保护措施,可有效提升信息系统的整体安全性,为保障关键信息基础设施的安全运行提供有力支撑。

关键词：硬件安全信息系统物理防护电磁防护可信计算

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硬件安全原语 ——真随机数发生器与物理不可克隆函数研究与设计

硬件安全原语 ——真随机数发生器与物理不可克隆函数研究与设计

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作者：鲁迎春合肥工业大学

学位级别：博士

随着信息系统智能化时代的到来,以嵌入式系统为载体的物联网、车联网、人工智能、云计算、电子支付等越来越多的智能系统进入人们的生活并极大的改善人们的生活质量。然而随着嵌入式系统的推广应用,其安全性也受到越来越多的威胁,现阶... 详细信息

随着信息系统智能化时代的到来,以嵌入式系统为载体的物联网、车联网、人工智能、云计算、电子支付等越来越多的智能系统进入人们的生活并极大的改善人们的生活质量。然而随着嵌入式系统的推广应用,其安全性也受到越来越多的威胁,现阶段嵌入式系统芯片安全面临着最新的威胁有如:旁路攻击、故障注入、硬件木马等。为了确保智能系统和个人信息的机密性和完整性,必须实施信息加密。基于软件的加密方式面临着容易被攻击和破解的风险,已经越来越不能满足当前信息系统安全的需求。基于集成电路的硬件系统一般利用其物理的随机性产生密钥的加密方式,由于其具有很强的防破解能力,因此受到国内外学术、产业界的广泛关注。作为必不可少的硬件加密原语,真随机数发生器(TRNG)和物理不可克隆函数(PUF)已成为当前研究热点与两种重要的硬件安全技术。本文的主要工作致力于解决现有的TRNG设计方案存在的熵源提取精度不高、面积开销大以及鲁棒性弱的问题,现有的PUF设计方案存在的资源开销大和可靠性低以及TRNG和PUF独立化设计所造成的通用性不强问题。具体来说,本文的主要研究内容和创新点如下:(1)通过对传统TRNG的分析,针对目前数字型TRNG研究较为广泛,但普遍存在熵源提取精度不高、获取的序列随机性较差、鲁棒性较弱的问题。本文提出了一种具有粗、细精度的游标采集技术方案,实现了高随机性、高吞吐量的全数字TRNG的设计。(2)针对目前的TRNG存在面积开销大,抗温度、电压、工艺变化的能力弱等问题,现有的研究往往只能通过后处理的方式来解决,但是这样会造成设计复杂度的提高。本文在不增加硬件资源开销或不降低吞吐量情况下来改善随机比特流的统计特性,通过提高单个熵提取的准确性,从而有效地从时间抖动中提取熵,最终实现了一种紧凑型、强鲁棒性、高吞吐量的TRNG设计。(3)针对现有的PUF可靠性低和面积开销大的问题,本文通过对SRAM型FPGA内部资源结构的深入研究,提出了一种轻量级的重配置异或门RO PUF的设计方案,并实现了一种高鲁棒性的可配置RO PUF的电路设计。(4)针对目前TRNG和PUF熵源通用性设计较少的问题,本文对熵源特性进行了分析与研究,提出了一种可扩展混合熵分离设计结构,解决了PUF和TRNG设计通用性差的问题。其利用FPGA平台设计并实现了从原始PUF阵列中分离出更稳定性的PUF响应对并获得了良好的真随机数比特流。集成电路硬件安全问题的研究与解决,是目前集成电路信息安全保护的关键问题之一,本文基于SRAM型FPGA研究并设计了相关PUF和TRNG电路,具有面积开销小、成本低、鲁棒性高等特点,为集成电路系统的安全性提供了较为重要的解决方案。

关键词：硬件安全真随机数发生器物理不可克隆函数静态随机存取存储器现场可编程门阵列

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基于阻变存储器的硬件安全技术研究

基于阻变存储器的硬件安全技术研究

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作者：杨彬彬国防科技大学

学位级别：博士

在万物互联发展趋势下,社会智能化水平不断提高,移动端数据密集型应用迅速发展。阻变存储器作为一种新型电子器件,不仅可以实现数据的非易失性存储,还可以实现逻辑计算,是存储计算融合、阻变神经网络等下一代高性能计算方式的基石。然而... 详细信息

在万物互联发展趋势下,社会智能化水平不断提高,移动端数据密集型应用迅速发展。阻变存储器作为一种新型电子器件,不仅可以实现数据的非易失性存储,还可以实现逻辑计算,是存储计算融合、阻变神经网络等下一代高性能计算方式的基石。然而,这些高性能计算方式受限于阻变器件自身存在的可靠性和安全性问题而尚未实现商业化。与此同时,在智能设备大规模普及背景下,传统的以伪随机数作为密钥为主的数据加密方式及以闪存为主的数据非易失性存储方式面临严峻安全挑战,而阻变器件电阻转变过程的物理随机性可作为硬件安全电路实现的熵源。因此,基于阻变存储器的硬件安全技术研究对于研发下一代安全可靠的高性能计算系统具有重要意义。当前该领域研究尚处于起步阶段,在阻变器件自身可靠性与安全性能改善、基于阻变存储器的真随机数发生器电路设计与实现、基于阻变存储器的安全存储单元设计与实现、阻变器件电阻转变行为差异性建模等方面都有待进一步探索。本文针对以上几个方面进行了阻变器件的制备与测试、硬件安全电路设计与实现以及阻变器件Verilog-A模型拟合与硬件安全电路功能仿真等研究工作,主要内容如下:（1）利用电子束蒸镀系统成功制备出了同时具备低操作电压与免“电形成”过程特性的Pt/Ti/(Ti O2-x)/Ta2O5/Pt结构阻变器件。在器件制备过程中,金属Ti与氧化物Ta2O5中的氧原子发生氧化还原反应,并在两层材料之间形成一层超薄的富含氧空位缺陷的Ti O2-x层。该Ti O2-x层在阻变器件电阻转变过程中作为阻变功能层,因此,该阻变器件在进行正常电阻转变过程前不需预先进行“电形成”过程以在器件中产生用于其高低阻态转变的氧空位缺陷。并且,由于阻变区域极薄,该阻变器件表现出较低的置位/复位电压。该阻变器件的I-V特性曲线在双对数坐标下的线性拟合结果表明其电阻转变过程由在禁带中占据深能级的氧空位缺陷对导带中自由电子的俘获/释放过程主导,从电学上证明了器件中深能级电子陷阱的存在。随后,基于该阻变器件提出了一种随机比特位产生方法,与同类方法相比,该方法随机比特位产生效率更高,且功耗更低。（2）基于阻变器件复位过程的随机性设计并实现了一种结构简单且无需数据后处理的真随机数发生器。Ti N/Ti/Hf O2/W结构阻变器件的电阻转变过程由物理上随机的氧空位导电细丝形成/“熔断”过程控制,因此,该阻变器件的电阻转变行为不可避免地呈现出随机特性。实验结果表明,阻变器件高阻态阻值在“复位”电压脉冲序列调制下会表现出随机性演变,即不同操作周期中,驱动同一阻变器件从相似低阻值状态转变到固定阈值高阻态所需“复位”电压脉冲数存在差异。设计的真随机数发生器可提取该差异性电压脉冲数并同时产生四组相互独立的随机比特位序列。产生的随机比特位序列不需经过任何数据后处理即通过了国际公认的由美国国家标准与技术协会发布的随机性检测软件NIST SP800-22的测试。（3）设计并实现了一种在特殊阻变器件条件能够隐藏存储数据的串联阻变存储器单元。该存储单元由两个串联的阻变器件组成,当这两个阻变器件分别处于不同阻值状态时,存储单元可分别存储逻辑’0’与逻辑’1’。当两个阻变器件均处于低阻值状态时,存储单元转变为数据隐藏状态,在该状态下,即使系统断电,攻击者也无法通过剖析阻变器件阻值状态窃取逻辑值。并且,在相应操作下,存储单元可在逻辑存储状态与数据隐藏状态之间相互转变。最重要的是,由于该单元存储不同逻辑值时其中阻变器件阻值状态的分布存在对称性,存储单元操作电流信息独立于其所存储逻辑值,因此,该存储单元具备抗功耗攻击能力。随后,提出了一种串联阻变存储器单元阵列结构,该结构可有效抵御物理攻击。（4）提出了一种阻变器件差异性Verilog-A模型拟合方法,并基于拟合出的阻变器件Verilog-A模型进行了物理不可克隆函数单元功能仿真。根据Si O2基Ti N/Ti/Hf O2/W结构阻变器件实测阻变开关参数,成功拟合出其本征Verilog-A模型。并通过使相关模型参数呈现一定随机性分布成功在该本征模型中引入差异性,拟合出该阻变器件差异性Verilog-A模型。仿真结果表明,实测阻变开关参数在拟合出的本征模型与差异性模型中均得到了较好的重现。随后分别基于两种模型进行了物理不可克隆函数单元的仿真研究,结果表明当基于阻变器件差异性模型进行硬件安全电路设计时,要注意平衡其片内差异与片间差异,否则硬件安全电路功能会发生紊乱。

关键词：阻变存储器硬件安全免“电形成”过程真随机数发生器安全存储单元

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面向硬件安全的逻辑电路混淆技术研究

面向硬件安全的逻辑电路混淆技术研究

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作者：陈伟湖南大学

学位级别：硕士

近十年来,随着半导体工艺的高速发展以及集成电路(IC)设计越来越复杂,半导体行业的商业模式发生了很大的改变。首先,而许多设计者无法负担起昂贵的成本来建造自己的工厂,因此IC的设计与制造逐渐分离。此外IC设计的难度也越来越大,而可... 详细信息

近十年来,随着半导体工艺的高速发展以及集成电路(IC)设计越来越复杂,半导体行业的商业模式发生了很大的改变。首先,而许多设计者无法负担起昂贵的成本来建造自己的工厂,因此IC的设计与制造逐渐分离。此外IC设计的难度也越来越大,而可重用的IP(Intelligence Property)核技术能有效地缓解当前IC设计所面临的压力。然而随着IC设计与制造中参与者的增多,使其遭受了多种形式的安全问题困扰,如IP盗用、IC盗版、IC过度制造、逆向工程等。近年来研究者提出了逻辑混淆技术来对IP/IC进行保护。其主要思路是通过向IP/IC设计中插入额外的逻辑元件对原始设计进行混淆,使得当IP被出售或IC被生产出来后无法立即正常运行。只有当对这些额外插入的逻辑元件提供正确的输入时,IP/IC才能实现原有的功能。逻辑混淆技术使得IP/IC设计者能够实现对IP/IC的主动控制权,保护IP/IC远离上述硬件安全问题。围绕逻辑混淆这一研究热点,本文的主要工作如下:(1)提出了一种新颖的基于双门的组合逻辑混淆技术,能解决当前组合逻辑混淆结构中存在高开销等问题。该混淆技术基于双门和多路选择器,使用安全密钥控制混淆单元功能。该混淆技术能够有效的对电路门级网表进行混淆,即使攻击者完全逆向工程芯片提取出门级网表,仍然不能推断原始电路的功能。理论分析证明攻击者逆向工程后破解难度为指数级O(2n)。设计实现了基于正则表达式的门级网表自动混淆程序。通过在ISCAS基准电路上的实验表明,本文提出的组合逻辑混淆技术能实现对门级网表的混淆,在避开原始设计的关键路径后,对原始设计的时延影响极小,且实现该混淆技术所需的面积与功耗开销较低。(2)通过对当前混淆技术中密钥机制的研究,结合基于静态随机访问存储器的物理不可克隆功能(SRAM PUF)的物理特性,提出了一种基于SRAM PUF的逻辑混淆密钥机制。该方案利用SRAM PUF的特性,及其在硬件安全中的优势,能够有效的保障混淆密钥的安全性,并且避免了当前混淆技术密钥机制中存在密钥泄露隐患、实现过程复杂、需要额外非易失性存储从而提高IC成本等缺陷,IC设计者能实现对IC的主动控制,抵抗IC盗版、IC过度生产等硬件安全问题。

关键词：硬件安全知识产权保护 IC逆向工程逻辑混淆物理不可克隆功能

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硬件安全测试基准集及其管理体系的研究与评估

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专用汽车 2024年第11期 67-73页

作者：关磊赖严杰马文博安徽普思标准技术有限公司安徽芜湖241000 中汽科技(北京)有限公司北京100000

硬件安全作为网络安全的关键部分,其安全性对整个系统至关重要。然而,由于硬件设备种类繁多、生命周期长,一旦出现问题修复成本极高,且目前硬件安全领域缺乏标准化测试方法,导致测试结果难以比较和验证。设计了一种基于Web技术的硬件安... 详细信息

硬件安全作为网络安全的关键部分,其安全性对整个系统至关重要。然而,由于硬件设备种类繁多、生命周期长,一旦出现问题修复成本极高,且目前硬件安全领域缺乏标准化测试方法,导致测试结果难以比较和验证。设计了一种基于Web技术的硬件安全测试基准集管理系统,利用Flask框架和关系型数据库实现数据完整性和安全性,并通过Yosys工具对测试基准集进行综合评估,以识别安全风险并优化硬件设计,为硬件安全领域的标准化和进步提供支持。

关键词：硬件安全基准集 Web应用数据库测试向量

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基于DVS传感系统的新型硬件安全电路的设计与实现

基于DVS传感系统的新型硬件安全电路的设计与实现

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作者：李艳辉深圳大学

学位级别：硕士

随着CMOS图像传感器(CMOS image sensor,CIS)在物联网中的广泛应用,围绕相机欺诈事件和隐私信息泄露的问题层出不穷,公众对图片或视频相关的信息安全担忧愈演愈烈。传统的安全技术往往依赖于软件层面的加密算法或协议的数学复杂度,一般... 详细信息

随着CMOS图像传感器(CMOS image sensor,CIS)在物联网中的广泛应用,围绕相机欺诈事件和隐私信息泄露的问题层出不穷,公众对图片或视频相关的信息安全担忧愈演愈烈。传统的安全技术往往依赖于软件层面的加密算法或协议的数学复杂度,一般需要将加密信息存放在非易失存储器中。然而这种方法不仅要求设备拥有强大算力,而且生产成本过高。为此,学界提出了一种有效的片上可集成的轻量级硬件安全原语—物理不可克隆函数(Physical unclonable Function,PUF),PUF利用半导体工艺中不可避免的工艺偏差推导密钥,可以抵抗逆向工程,又因其功耗小和成本低廉,一经提出便迅速成为信息安全领域的研究热点。已报道的基于CMOS动态视觉传感器(CMOS Dynamic Vision Sensor,DVS)构建的PUF实例均属于弱PUF,本文提出了一种集成光学可重构非线性强PUF并且可以帧输出的DVS传感系统芯片设计,其中强PUF为相机提供信息加密和身份认证等功能。在DVS像素电路的事件输出模式基础上,增加了列共享输出总线作为PUF读出电路。同时由于DVS像素内对数接受器输出电压已包含光强度信息,通过复用PUF读出电路来读出光强度信息,扩展了DVS相机的帧输出功能。此外,由于考虑到DVS相机中的PUF密钥生成电路容易成为黑客进行激光攻击的主要对象,本文也提出了一款采用堆叠光电二极管(Stacked PD)的激光检测电路的设计,为系统芯片提供典型波长激光入侵事件的早期预警,保护电路防止敏感信息被窃取。由此完成了兼顾成像功能和系统硬件安全的多功能DVS相机的设计。强PUF的随机性熵源来自DVS像素电路中光电二极管的光响应不一致性(PRNU),通过PUF列共享读出电路的亚阈值偏置作用来实现输出激励—响应对(CRPs)的非线性映射。在密钥登记阶段,在不增加额外电路配置的情况下,仅通过改变入射光条件,即可刷新CRP空间。所提强PUF电路采用65nm 1.2V标准CMOS工艺进行仿真设计,通过蒙特卡洛仿真验证了其具有较低的误码率以及较高的可靠性和唯一性,并且通过了随性测试,同时还能抵御机器学习(ML)建模攻击。

关键词：物理不可克隆函数PUF DVS 可信传感硬件安全激光传感器

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硬件安全在实现工业4.0愿望中的作用

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中国电子商情 2019年第6期 31-33页

作者： Erik Halthen ADI公司

工业4.0愿望和网络安全含义涉及工厂数字化的工业4.0对工业市场领域的组织领导者来说有着不同的意义,随着工厂设备变得智能化和互联,数字化影响可能对网络安全产生广泛的影响。例如,这可能意味着对工厂进行转型以提高自主性和定制能力,... 详细信息

工业4.0愿望和网络安全含义涉及工厂数字化的工业4.0对工业市场领域的组织领导者来说有着不同的意义,随着工厂设备变得智能化和互联,数字化影响可能对网络安全产生广泛的影响。例如,这可能意味着对工厂进行转型以提高自主性和定制能力,从而提高运营总成本并为客户带来更高价值。还可能意味着系统和子系统供应商正在使工厂设备变得更加智能,以实现更大型多单元系统

关键词：网络安全策略硬件安全信任根 ADI 安全解决方案 Xilinx

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智能网联汽车智能终端硬件安全性研究

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汽车实用技术 2021年第22期46卷 38-40页

作者：霍全瑞宁玉桥于奇中汽数据有限公司天津300300

随着车辆逐步向着智能化发展,带动了车载智能终端的智能化,在功能丰富多样的同时,其作为智能硬件设备,硬件本身的信息安全也至关重要,文章对多款车载智能终端进行安全研究,根据结果来对当下的漏洞风险进行分析并提出建议防护措施。

关键词：车载智能终端硬件安全防护策略

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物联网硬件安全研究

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微纳电子与智能制造 2020年第2期2卷 80-87页

作者：魏祥野白一鸣修黎明京东方科技集团股份有限公司北京100176

自从20世纪90年代末物联网普及以来,设备开始向小型化、智能化、分布化发展。安全问题随之爆发,开始引起专业人员及学者的广泛关注。庞大的终端数量和复杂的应用场景使硬件安全成为物联网安全的基石。首先梳理了未来设备系统的安全挑战... 详细信息

自从20世纪90年代末物联网普及以来,设备开始向小型化、智能化、分布化发展。安全问题随之爆发,开始引起专业人员及学者的广泛关注。庞大的终端数量和复杂的应用场景使硬件安全成为物联网安全的基石。首先梳理了未来设备系统的安全挑战,在此基础上提出安全系统的两大核心技术——真随机数发生器和物理非克隆函数,并对目前主流的架构加以讨论。最后探讨硬件安全的未来发展方向。

关键词：集成电路硬件安全随机数发生器物理非克隆函数

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