基于小波降噪数据预处理的硬件木马检测优化

发布时间：2019-11-28 20:24

【摘要】：硬件木马是可以在集成电路设计制造的任意环节中被植入的,能够在特定的条件下激活的恶意冗余电路。硬件木马可以修改原始电路的功能,窃取电路的密钥信息甚至使芯片失效。由于硬件木马电路的出现严重地威胁了信息安全,因此,硬件木马的检测技术日益成为信息安全领域的研究热点,其中基于侧信道分析技术是目前研究最广泛的硬件木马检测技术。本文主要开展了基于功耗的侧信道分析技术的相关研究工作。本文针对硬件木马检测中数据预处理效果不佳的问题,提出了小波降噪预处理的硬件木马检测的优化方法。本文介绍了国内外现有的硬件木马检测技术,并重点阐述了侧信道分析技术的种类和原理。根据功耗信息的特点,设计了载体电路和硬件木马电路。同时对基于FPGA实现的含有木马的ISCAS’89系列的基准电路进行检测,分别获取基准电路和被植入硬件木马的电路的功耗信息。本文介绍了小波变换的降噪过程。通过对同一组功耗数据分别进行不同小波函数、分解层数、阈值处理的实验,最终确定采用小波函数sym8对获取的功耗数据进行3层小波分解的降噪处理,并采用Rigorous SURE阈值对分解后得到的高频系数进行阈值处理。在此基础上,本文对小波变换数据降噪预处理后的功耗数据进行马氏距离的硬件木马判别数据处理。通过对同一组功耗数据直接进行马氏距离数据处理以及主成分分析的降维处理等对比实验,验证了小波变换的数据降噪预处理方法的高效性。实验结果表明,采用小波变换的数据降噪预处理的方法可以有效地检测出占母本电路面积比为0.24%的硬件木马。
【图文】：

芯片设计,安全隐患,环节,木马

1.1.2 选题意义近年来，由于硬件木马的存在不仅对国家的军事、金融等的信息安全构成了威胁，同时也威胁着民用的手机、家用电器等，其危害对大到国家小到个体都造成了不同程度地影响，因此，以美国、欧洲等国家为首的世界强国开始对硬件木马的功能、结构、设计、检测等方向进行大量的研究。目前，我国的集成电路产业相对落后，大量的高性能、低功耗的芯片仍主要依赖于进口，诸如 CPU 等技术含量高的芯片仍被 Inter 等国外的大公司垄断着[13]。值得注意的是，一旦这些进口的芯片中被植入了硬件木马，将对我国的军事、金融、国防等领域的安全产生不可估量的影响[10]，如我国会大量购买德国的产品，这些产品涉及到医疗、经济、国防等领域，一旦设备中的芯片被植入硬件木马，其所带来的危害是无法想象的[14]。另一方面，即便是自主设计的芯片也很难保证其为完全安全的芯片，主要原因是现阶段国内的集成电路的设计和生产制造两大环节是分离的。目前，国内的IC 公司多数仅能完成芯片的设计环节，在集成电路的设计过程中公司会采用其他公司提供的 IP 完成 RTL 代码的编写、门级网表生成等环节。这样虽然节约了时间和人力成

木马,硬件

由于硬件木马电路对母本电路的影响本身就很微弱，若受到了外将减弱甚至掩盖了硬件木马电路的影响，为了降低噪声的存在对硬件木影响，进一步提高硬件木马检出率，本文提出了小波变换的降噪预处理测优化。内外研究现状国外研究现状文以“Hardware Trojan”、“Hardware security”等为关键词，在学校提供EE 和 Web of Knowledge 中进行文献检索。通过检索可知，国外有关硬件道主要集中在 2007 年以后，论文的数量呈现出逐年增多的趋势，这表明究越来越受到关注，，正成为集成电路安全隐患的研究热点。如图 1.2 所示硬件木马的论文统计。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN407

【参考文献】