基于半侵入式侵入式攻击的非易失性存储器内容提取研究

发布时间：2017-05-04 05:11

  本文关键词：基于半侵入式侵入式攻击的非易失性存储器内容提取研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在当前的信息化时代,基于集成电路技术的智能IC卡或各类手提式设备作为各种信息系统用户的终端设备已被普遍使用。在这些用户终端设备中一般包含一个或多个基于集成电路技术的非易失性存储器用以保存用户的个人敏感信息(包括用户个人身份信息、用于身份识别和通讯保密的密钥等)和系统的核心参数(例如数字电视系统中的根密钥)。如何保护这些敏感信息不被非法获取是保护用户权益,保障相应信息系统正常运行的基本要求。本文尝试使用半侵入式与侵入式攻击技术对半导体非易失性存储器内容进行提取,以便研究半侵入式侵入式攻击方法和检测半导体非易失性存储器在半侵入式和侵入式攻击下的抗攻击能力。论文主要介绍基于光学方法和探针方法对存储器内容尝试提取的研究成果。本文首先使用激光错误注入方法尝试对智能卡芯片在验证过程中的验证数据进行提取,使用Riscue设备可以精确控制错误注入的时间和错误值,从而减少穷举猜测验证数据的次数。由于从正面进行攻击受到多层金属层阻挡,因此没有成功注入错误,需要从芯片背面加以尝试,此方法实现精确控制错误。其次,本文采用光化学方法对一个通用EEPROM存储器芯片直接使用扫描电镜(SEM)进行观测,尝试从图像上辨别不同存储状态的单元并且定位单个存储器单元位置。结果显示虽然无法直接依据图像分辨存储内容,但是可以清晰定位每个存储器晶体管的具体位置。再次,本文针对存储器整体的探针攻击直接探测EEPROM数据输出口数据,通过探针探测焊盘(PAD)信号从而读取存储器内容,实验显示这种攻击的可能性,但是工程难度大,此方法的创新点和意义在于攻击点新颖,成功处理芯片表面Dummy金属;最后,本文使用探针探测EEPROM每个单元的工作电信号,从而区分不同状态的单元,实验结果显示从I-V曲线上能明显区分存储器单元的不同状态,证实方法可行,此法攻击直接,攻击不需要了解目标芯片资料,实验成功消除探针噪声干扰,找到更好的制作焊盘(PAD)的方法。通过本文研究,发现半侵入式与侵入式攻击提取非易失性存储器内容实际操作工程难度大,但是攻击方式直接,可以弥补非侵入式攻击的不足,具有进一步研究的价值。此外,非易失性存储器对这两类攻击有一定抵抗能力。
【关键词】：侵入式攻击 半侵入式攻击 非易失性存储器 内容提取
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-13
• 1.1 硬件安全9-10
• 1.2 针对芯片的攻击手段10
• 1.3 研究现状和研究意义10-12
• 1.4 论文结构介绍12-13
• 第2章 非易失性存储器13-23
• 2.1 非易失性半导体存储器知识体系13-21
• 2.1.1 基本工作原理13-14
• 2.1.2 基本编程机制14-18
• 2.1.2.1 FN隧穿15
• 2.1.2.2 增强型的多晶硅氧化物隧穿15-16
• 2.1.2.3 沟道热电子注入16-17
• 2.1.2.4 源边注入17-18
• 2.1.2.5 直接带带隧穿及修改版的F-N隧穿18
• 2.1.3 几种基本的非易失性半导体存储器类型18-21
• 2.1.3.1 EPROM/OTP19
• 2.1.3.2 EEPROM19-20
• 2.1.3.3 Flash20-21
• 2.2 激光错误注入理论基础21-23
• 第3章 半侵入式和侵入式攻击方法23-40
• 3.1 激光错误注入23-25
• 3.2 如何利用半侵入式攻击读取存储器内容25-27
• 3.3 数据残留攻击方法27-28
• 3.4 利用光子辐射分析读取存储器内容28-31
• 3.5 使用激光局部加热改变EEPROM存储内容31-33
• 3.6 将半侵入式攻击与侧信道攻击结合33-36
• 3.7 从时域控制错误注入的攻击36-37
• 3.8 总结37-38
• 3.9 确定攻击手段38-40
• 第4章 基于光学方法的内容提取40-56
• 4.1 光学错误注入攻击方案40-48
• 4.1.1 攻击原理41-43
• 4.1.2 实验环境和样品准备43
• 4.1.3 攻击步骤和攻击结果43-48
• 4.2 光化学侵入式攻击方案48-56
• 4.2.1 攻击原理49
• 4.2.2 实验环境和样品准备49-53
• 4.2.3 攻击结果53-56
• 第5章 基于探针方法的内容提取56-72
• 5.1 针对存储器整体的探针探测攻击56-66
• 5.1.1 攻击原理56-59
• 5.1.2 实验环境和样品准备59-63
• 5.1.3 攻击结果63-66
• 5.2 针对存储单元的探针探测攻击66-72
• 5.2.1 攻击原理67
• 5.2.2 实验环境和样品准备67-68
• 5.2.3 攻击结果68-72
• 第6章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-79
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果79

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