基于故障注入的硬件木马设计与差分分析
基于IFCM加权的SVDD硬件木马检测方法
基于 IFCM 加权的 SVDD 硬件木马检测方法
作者 机构 DOI 基金项目 魏延海，李雄伟，张阳，胡晓阳，张坤鹏 陆军工程大学石家庄校区 装备模拟训练中心；中国人民解放军 66407 部队 10.3969/j.issn.1001-3695.2018.05.0315 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ 61271152 ， 51377170 ） ；国家青年科学基金资助项目 （61602505） ；河北省自然科学基金资助项目（F2012506008） 预排期卷 摘要 《计算机应用研究》 2019 年第 36 卷第 11 期 针对硬件木马（hardware Trojan，HT）种类繁多难以获取未知木马特征及采集的旁路信号含 噪声问题，提出了一种基于 IFCM 加权的 SVDD（IFCMW_SVDD）硬件木马检测方法。传统支 持向量数据描述 （SVDD） 在解决单分类问题时存在相同条件下训练全部样本的不足，需要根 据相应问题对样本有主次之分进行训练。通过一种改进的模糊 C 均值方法（IFCM）计算“金 片”旁路信号的隶属度，将其作为样本特征的权重（W）系数，使得针对硬件木马检测问题构 建 SVDD 模型的支持向量能够描述“金片”信号的同时尽可能减小描述范围。实验表明，所提 方法实现单分类硬件木马检测的同时较传统 SVDD 算法在检测精度和稳定性上都有所提高。 关键词 作者简介 硬件木马；旁路信号；改进模糊 C 均值算法；支持向量数据描述；隶属度 魏延海（1993-） ，男，山东五莲人，硕士，主要研究方向为信息安全研究；李雄伟（1975-） ， 男，河北定州人，教授，硕导，博士，主要研究方向为信息安全（lxw-wys@） ；张阳 （1984-） ，男，讲师，博士研究生，主要研究方向为密码学；胡晓阳（1994-） ，男，吉林九 台人，硕士，主要研究方向为旁路攻击；张坤鹏（1988-） ，男，河南商丘人，助理工程师， 主要研究方向为信息安全保密． 中图分类号 访问地址 投稿日期 修回日期 TN918 /article/02-2019-11-040.html 2018 年 5 月 3 日 2018 年 6 月 21 日
电脑芯片分析中的故障注入和容错设计
电脑芯片分析中的故障注入和容错设计近年来，随着电子技术的迅猛发展，计算机系统的可靠性问题逐渐凸显出来。
在大量电子设备中，电脑芯片作为计算机的核心组件，承担着重要的计算和控制任务。
然而，电脑芯片在长时间运行过程中，很容易面临各种故障，如电压噪声、射线干扰、硬件故障等。
为了保证计算机系统的可靠性和稳定性，故障注入和容错设计成为了电脑芯片分析中的重要研究领域。
一、故障注入技术故障注入是一种通过人为干预的方式，在电脑芯片上注入故障，以模拟实际工作环境中可能发生的故障，从而评估芯片在不同故障条件下的性能和可靠性。
故障注入技术主要包括硬件故障注入和软件故障注入两种形式。
硬件故障注入通常通过在芯片的供电线或信号线上引入噪声或电压波动，模拟电压噪声或射线干扰等常见故障源。
例如，可以通过在芯片电源线中引入突变电压，观察芯片在不同电压波动下的响应情况。
此外，还可以通过在芯片的输入输出端口上注入异常信号，模拟硬件故障带来的不良影响。
软件故障注入则是通过在芯片上运行特定的测试程序，人为引入故障来评估芯片的容错能力。
比如，可以强制芯片执行非法指令、产生异常中断等，对芯片进行异常情况下的运行测试，以验证其错误处理和恢复机制。
二、容错设计策略容错设计是指在电脑芯片的硬件结构和系统架构中引入特定的措施，以提高电脑芯片对故障和错误的容忍能力。
容错设计主要包括硬件容错和软件容错两个方面。
硬件容错设计主要通过引入冗余元件和多路冗余技术来实现。
冗余元件可以在芯片内部或外部增加备用电路，当主电路出现故障时，自动切换至备用电路，实现故障恢复。
多路冗余技术则采用多个相同的芯片并行工作，通过对比输出结果，发现故障并进行纠正。
软件容错设计则是通过复杂的算法和错误检测机制来实现。
在芯片制造过程中，可以采用纠错码技术，通过在数据传输过程中引入冗余位进行错误检测和纠正。
此外，还可以使用故障恢复算法，通过记录芯片状态和执行过程中的错误信息，实现故障的自动恢复。
基于故障模型的软件故障注入方法研究的开题报告
基于故障模型的软件故障注入方法研究的开题报告一、研究背景和意义随着软件系统的复杂性不断提高，其故障率也在不断上升，从而给软件可靠性带来了很大的挑战。
软件故障注入技术是一种有效的手段，可以在软件开发早期发现和修复软件缺陷，提高软件可靠性。
软件故障注入技术通过在软件系统中注入故障，模拟软件系统中可能出现的故障，从而检测软件系统对故障的响应能力，进而改进软件设计和实现质量。
目前，软件故障注入技术主要有两种方法，即基于统计的故障注入方法和基于模型的故障注入方法。
基于统计的故障注入方法是在软件系统中注入随机故障，通过对故障注入结果进行统计分析，得出软件系统的故障率和可靠性等指标。
而基于模型的故障注入方法是在软件系统的模型中注入故障，通过对模型的运行结果进行分析，发现并定位软件缺陷，提高软件系统的可靠性。
本文拟研究的是基于故障模型的软件故障注入方法。
该方法是在软件系统的模型中注入故障，通过对模型的运行结果进行分析，发现并定位软件缺陷。
与基于统计的故障注入方法相比，该方法可以更准确地模拟软件故障场景，更具有实用性。
与基于模型的故障注入方法相比，该方法可以更灵活地定义故障模型，更具有适应性。
因此，本研究对于提高软件系统可靠性、降低软件开发成本、缩短软件开发周期等方面将具有积极的意义。
二、研究内容和技术路线（一）研究内容1. 探索故障模型的定义和使用方法，重点研究如何通过故障模型实现软件故障注入，建立软件系统的故障场景。
2. 系统研究和分析不同类型软件系统的故障特点和故障模型，为故障注入提供精准的背景环境和数据支持。
3. 针对软件系统的不同阶段进行故障注入实验，检测软件系统对故障的响应能力，为软件开发、测试和维护提供指导。
（二）技术路线1. 系统分析和研究不同类型的软件系统，确定故障注入方案。
主要包括建立故障模型、收集故障数据、分析故障特点和模型参数等。
2. 实现故障注入工具，根据故障模型生成对应的故障场景，将故障注入到软件系统的模型中。
基于模糊处理的抗硬件木马电路设计检测方法的开题报告
基于模糊处理的抗硬件木马电路设计检测方法的开题报告一、研究背景随着电子技术的不断发展，各种电子设备被广泛应用于人们的生产和生活中。
但是，随之而来的是软件和硬件安全问题的不断浮现，其中硬件安全问题尤为突出。
硬件木马是指在集成电路中加入的恶意电路，可以读取、篡改、删除、储存和传输敏感信息，对计算机系统造成严重威胁。
传统的硬件安全检测方法主要基于静态或动态分析的方式，然而这些方法往往需要专业的硬件设备和测量方法，且在一定程度上容易被攻击者所规避。
因此，需要探索一种有效的抗硬件木马电路设计检测方法。
二、研究目的和内容本研究的主要目的是利用模糊处理技术，设计一种抗硬件木马电路检测方法。
具体研究内容如下：1.研究现有硬件木马检测方法及其局限性，探讨模糊处理技术在抗硬件木马电路检测中的应用。
2.分析硬件木马的特点和运行机理，确定木马检测的关键指标。
3.设计模糊控制系统，对关键指标进行模糊化处理，并建立基于模糊控制系统的抗硬件木马电路检测模型。
4.利用Verilog HDL等工具对检测模型进行实现和仿真，并测试其检测效果。
5.对比分析本研究方法与其他常用方法的优劣性，并探讨进一步改进和优化的方向。
三、预期成果1.研究报告：对硬件木马检测方法进行深入研究，提出基于模糊处理的抗硬件木马电路检测方法，并对其进行论证和实现。
2.硬件检测平台：利用Verilog HDL等工具，对检测模型进行实现和仿真，并进行检测效果测试。
3.研究价值：拓展硬件安全领域的检测思路，为抗硬件木马电路设计提供一种新的解决方案，提高电子产品的安全性。
四、研究方法本研究将采用文献调研、实验模拟、数据分析等方法，具体步骤如下：1.对硬件木马检测领域的相关文献进行调研，了解当前的研究热点和瓶颈。
2.分析硬件木马的特点和运行机理，构建硬件木马检测指标体系，并进行模糊控制系统的建模。
3.利用Verilog HDL等工具进行抗硬件木马电路设计模拟和仿真，并进行相关数据分析和处理。
硬件测试中的故障注入与模拟技术
硬件测试中的故障注入与模拟技术硬件测试是确保计算机硬件正常运行的重要环节。
在硬件测试过程中，故障注入与模拟技术被广泛应用，旨在模拟真实环境下的各种故障和异常情况，以验证硬件的可靠性和稳定性。
本文将探讨硬件测试中的故障注入与模拟技术的原理、应用和挑战。
一、故障注入技术故障注入技术是一种通过人为的方式向系统注入故障，以测试系统的容错能力和可靠性。
它可以模拟常见的硬件故障，如电压波动、过热、电磁干扰等，也可以模拟罕见而严重的故障，如电路短路、元件损坏等。
故障注入技术通常通过以下几种方式实现：1. 电压调节：通过调节电源电压，模拟不同电压条件下的硬件工作情况。
这可以检测硬件在电压波动或电源故障时的稳定性和恢复能力。
2. 时钟干扰：通过改变时钟频率或引入噪声，模拟时钟干扰对硬件的影响。
这有助于验证硬件在时钟频率波动或时钟信号受损时的正常运行能力。
3. 电磁干扰：通过引入电磁干扰源，模拟不同的工作环境下的电磁干扰。
这可以测试硬件在电磁干扰中的工作性能和稳定性。
4. 数据注入：通过向硬件输入异常数据，测试硬件的处理能力和容错能力。
这可以模拟硬件在异常数据情况下的运行情况，从而评估其鲁棒性和可靠性。
故障注入技术可以帮助硬件开发人员发现潜在的故障点和弱点，并优化硬件系统的设计。
然而，故障注入技术也面临一些挑战，如准确模拟真实故障、控制测试环境的稳定性等问题。
二、模拟技术模拟技术是指通过模拟器或仿真器等工具，模拟真实环境下的各种故障和异常情况，以评估硬件的性能和可靠性。
模拟技术通常包括以下步骤：1. 建立模型：根据待测硬件的特性和工作环境，建立相应的模型。
模型可以包括硬件组件、电气特性、环境参数等。
2. 设定测试场景：根据测试需求，设定合适的测试场景。
通过模拟器或仿真器，模拟不同工作条件下的硬件运行情况，包括正常工作、异常情况等。
3. 运行模拟：将建立好的模型和测试场景输入模拟器或仿真器，运行模拟程序。
模拟器将模拟硬件的运行过程，并输出相应的结果。
一种基于故障注入的硬件木马设计
ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｔ ｈ ａ ｔ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｔｒ ｏ ｊ ａ ｎ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ａ ｓ ｙ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ，ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ Ｈａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ Ｔｒ ｏ ｊ ａ ｎ
第２ ７ 卷第 ５ 期
２ ０ １ ５年 １ Ｏ月
军
械
工
程
学
院
学
报
Ｖ ｏｌ ＿２ ７ ＮＯ． ５ ０ｃ ｔ ．２ Ｏ１ ５
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｏｒ ｄ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８ — ２ ９ ５ ６ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ５ ． ０ １ ２
一
种 基 于 故 障注 入 的硬 件木 马设 计
王 晓 晗 ，李 雄伟 ，张 阳 ， 陈 开 颜 ，徐 璐
（ 军 械 工 程 学 院信 息 工 程 系 ，河 北 石 家 庄 ０ ５ ０ ０ ０ ３ ）
摘 要 ：为 了 探 究 硬 件 木 马 对 集 成 电路 芯 片 的 危 害 ， 针 对 现有 硬件 木 马 设 计 规 模 相 对 较 大 、 容 易被检测 等问题 ， 提 出 了一种新的硬件木马设计． 利 用 线 性 反 馈 移 位 寄 存 器 生 成 的 最 大 周 期 递 归 序 列 作 为 木 马 的激 活序 列 ， 以在 密 码 芯 片 中注入故障作为攻击手段 ， 设 计 了一 种 规 模 可 控 的硬 件 木 马 电 路 ． 在Ｆ Ｐ ＧＡ 芯 片 上 实 现 的 ＡＥ Ｓ加 密 电 路 中植 入 木 马， 使用 主流的基于 Ｋ — Ｌ变 换 的 硬 件 木 马 检 测 方 法 进 行 测 试 ． 实验结果 表明 ， 该 设 计 具 有 很 好 的抗 逻 辑 测 试 和 抗 旁
基于JTAG的CPU+故障注入工具的设计与实现
基于JTAG的CPU故障注入工具的设计与实现罗宗扬，薛利兴，左德承，张展，杨孝宗（哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，哈尔滨150001）摘要：可靠性是评价容错计算机的重要性能指标之一，评价系统的可靠性在计算机系统的设计及实现阶段都有重要意义，故障注入法是可靠性评测的一种常用方法。
本文的研究利用基于JTAG 的CPU调试技术，采用软硬件结合的方法，设计并实现了一种面向CPU的硬件故注入工具，并利用该故障注入工具对系统内部的总线数据、寄存器数据、存储器数据进行修改，达到故障注入的目的。
实验结果表明通过该方法可以突破操作系统保护，有效的进行故障注入。
关键词：容错系统，可靠性评估，故障注入，JTAG 中图分类号：TP302.8Design and Implementation of Fault InjectionTool Based on JTAGLUO Zongyang, XUE Lixing, ZUO Decheng,ZHANG Zhan, Y ANG Xiaozong (School of Computer Science and Technology,Harbin Institute of Technology, Harbin 150001China)Abstract: Reliability is an important performance evaluation of fault-tolerant computer, Evaluation of system reliability in the computer system design and implementation phases is important, Fault Injection is a common method of reliability evaluation. This paper using the CPU-based JTAG debugging techniques, with the method of combining software and hardware, designed and implemented a hardware tool for the CPU fault injection. The tool can be used to to change bus data, register data or memory data, fault injection could make effort. Experiments show that the method can break through the protection of operating system and make an effective fault injection.Key words: fault-tolerant systems; reliability evaluation; fault injection; JTAG1可靠性是评价容错计算机的重要性能指标之一，面向不同应用的容错计算机系统可以用不同的指标来度量可靠性，如可靠度(Reliability)、可用度(Availability)、平均无故障时间(MTTF)、平均修复时间(MTTR)、平均失效间隔时间(MTBF) 等。
基于机内测试的故障注入系统设计
基于机内测试的故障注入系统设计基于机内测试的故障注入系统设计摘要：随着机内测试(Built-in Test,BIT)的深入研究和广泛应用,对其验证和评价提出了迫切要求,也使这一领域成为新的研究热点.通过故障注入的方式检测BIT性能是一种有效的验证其测试性水平的方法.在综合国内外相关研究的基础上,详细分析了BIT验证和评价的重要性、迫切性及其实用价值,着重阐述了关于BIT验证和评价的故障注入系统设计方案,并给出了系统实现的总体结构框图、工作流程图、系统中各子模块的关系图以及实验数据等.在硬/软件设计实现的基础上,进行了初步的BIT验证实验,模拟一定数量的故障注入到被测电路中,用以验证BIT测试的有效性.结果表明该故障注入系统能够满足验证BIT设计指标的'要求,达到了预期的初步设计目的. 作者：张晓杰[1] 王晓峰[1] 金曼[2] Author： Zhang Xiaojie[1] Wang Xiaofeng[1] Jin Man[2] 作者单位：北京航空航天大学,工程系统工程系,北京,100083北京航空航天大学,机械工程及自动化学院,北京,100083 期刊：北京航空航天大学学报 ISTICEIPKU Journal： JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS 年，卷(期)： 2006, 32(4) 分类号： B2 关键词：故障注入故障诊断测试性机内测试机标分类号：TU3 TM7 机标关键词：机内测试故障注入系统设计验证实验注入系统评价相关研究实验数据设计指标设计实现设计方案结构框图基础初步设计流程图关系图测试性应用性能软件基金项目：基于机内测试的故障注入系统设计[期刊论文] 北京航空航天大学学报 --2006, 32(4)张晓杰王晓峰金曼随着机内测试(Built-in Test,BIT)的深入研究和广泛应用,对其验证和评价提出了迫切要求,也使这一领域成为新的研究热点.通过故障注入的方式检测BIT性能是一种有效的验证其测试性水平的方法.在综合国内外相关研究的基础上...。
基于硬件在环系统的故障注入自动测试平台设计与实现
基于硬件在环系统的故障注入自动测试平台设计与实现
陈振宇;秦琴;丁锋;吴辉;李文辰
【期刊名称】《信息与电脑》
【年(卷),期】2022(34)6
【摘要】自我国发布道路车辆功能安全国家标准以来,故障注入测试已成为整车控制器(VehicleControlUnit,VCU)测试中的一部分。
当前故障注入测试仍然对测试人员有较高的依赖性,测试过程需要测试人员拨动负载箱上的开关。
为了提高故障注入测试效率,笔者设计一套基于硬件在环系统的故障注入自动测试平台。
平台利用硬件在环系统模拟开路、短路和短电源故障,并将故障注入VCU。
与此同时,平台实时采集VCU的状态数据,并对结果进行判别,达到故障注入自动测试的目的。
通过开路、短地和短电源3类实验测试,实际测试结果与理论预期相符。
【总页数】4页(P115-118)
【作者】陈振宇;秦琴;丁锋;吴辉;李文辰
【作者单位】上海第二工业大学智能制造与控制工程学院;联合汽车电子有限公司【正文语种】中文
【中图分类】U467.52
【相关文献】
1.基于平台加插件的软件系统设计在自动测试系统中的实现
2.FTT-1:一个基于硬件的故障注入器的设计与实现
3.基于故障注入的武器控制系统故障诊断平台设计与
实现4.基于PXI总线的空间站对接机构自动测试系统硬件平台设计5.某型舰载数字声纳自动测试平台硬件设计与实现
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分析电脑芯片的故障注入与容错技术
分析电脑芯片的故障注入与容错技术在电脑领域，芯片是电子设备中的关键组成部分，它负责处理和存储数据。
然而，由于不可避免的内外部因素，电脑芯片也会出现故障。
为了提高芯片的可靠性和稳定性，科学家和工程师们研究和应用了故障注入与容错技术。
本文将对这些技术进行分析和讨论。
故障注入是一种人为地引入故障或错误的方法，目的是测试芯片在故障场景下的性能和可靠性。
通常，故障注入技术包括以下几个方面。
首先是电气故障注入技术。
这种技术通过改变电压、电流和时钟频率等参数来引入电气故障。
通过模拟芯片在高压、低压或不稳定电源下的工作状态，可以检测芯片在不同电源条件下的可靠性和鲁棒性。
其次是磁场故障注入技术。
磁场故障注入技术利用磁场的变化来影响芯片的运行。
通过在芯片周围放置磁场发生器，可以模拟芯片在磁场干扰下的工作状态，从而评估芯片的抗磁场干扰能力。
第三是温度故障注入技术。
芯片的工作环境温度是一个关键因素，过高或过低的温度都可能导致芯片故障。
温度故障注入技术通过改变芯片的温度，模拟芯片在不同工作温度下的性能和可靠性。
这种技术可以通过温度控制装置和传感器来实现。
故障注入技术不仅可以用于芯片的测试和评估，还可以在设计和生产中使用。
通过在早期设计阶段引入故障，可以评估芯片在实际应用中的可靠性。
而在生产阶段，故障注入技术可以帮助检测和排除不合格产品，提高产品质量和可靠性。
然而，故障注入技术只是解决芯片故障问题的一种手段，而并非解决方案。
为了提高芯片的可靠性，还需要采用容错技术。
容错技术是指在芯片设计和制造过程中采取措施，使芯片在故障情况下能够继续工作或快速恢复正常工作。
常见的容错技术包括冗余设计、错误检测与纠正码和故障自适应等。
冗余设计是指在芯片设计中引入额外的功能或电路，以备份原有的功能或电路。
当原有功能或电路出现故障时，备份部分就可以接管工作，保证芯片的正常运行。
错误检测与纠正码是一种用于检测和纠正数据中错误的编码技术。
在数据传输或存储过程中，通过添加冗余的编码（例如奇偶校验码、海明码等），可以检测错误并恢复原始数据。
电脑芯片分析中的故障注入与容错性能评估
电脑芯片分析中的故障注入与容错性能评估现代电子设备中，电脑芯片是不可或缺的部件之一。
它们担负着处理和存储信息的重要任务，因此其功效和稳定性至关重要。
然而，在实际应用中，电脑芯片可能会面临各种各样的故障和错误。
为了提高电脑芯片的可靠性和容错性，故障注入技术和容错性能评估成为了重要的研究领域。
一、故障注入技术故障注入技术是一种在设备中有意地引入错误或故障来测试其容错性的方法。
它通过模拟真实世界中的错误情况，评估芯片在面对这些错误时的性能。
故障注入的目的是检查芯片的特定区域或特定部件所具有的有效性。
在故障注入过程中，研究人员通常会选择特定的故障模型，并在芯片中引入相应的故障。
常见的故障模型包括状态故障，传输故障和功耗故障等。
通过故障注入，研究者可以评估芯片在不同故障情景下的性能表现。
二、容错性能评估容错性能评估是指对电脑芯片在面临错误情况时的处理能力进行量化和评估。
通过对芯片的功能完整性、稳定性、错误恢复能力等方面进行测试，可以得出芯片在不同错误情况下的性能指标。
容错性能评估的方法通常包括静态分析和动态测试。
静态分析主要是通过对芯片设计的检查和验证，发现潜在的错误和故障。
动态测试则是通过实际运行芯片并注入故障，观察和分析芯片的反应与恢复能力。
容错性能评估的指标中，一般包括错误检测率、错误恢复率、故障传播率等。
错误检测率是指芯片在面对故障注入时能够正确检测错误的能力，错误恢复率则是指芯片在出现错误后能够正确恢复到正常状态的能力。
故障传播率表示故障是否会在芯片中扩散，对其他区域产生影响。
三、故障注入与容错性能评估的应用故障注入和容错性能评估技术在电脑芯片领域有着广泛的应用。
首先，它们可以用来评估和改进芯片的设计和制造过程。
通过模拟真实世界中可能出现的错误情况，可以帮助设计者发现和修复潜在的缺陷，提高芯片的可靠性。
其次，故障注入和容错性能评估可以用于验证和测试电脑芯片的容错机制。
当芯片遭受到故障或错误时，容错机制可以帮助芯片正确地处理和恢复。
芯片设计中的故障注入与可靠性评估
芯片设计中的故障注入与可靠性评估芯片设计在现代科技领域扮演着重要的角色，它是电子设备顺利运行的核心组成部分。
然而，在芯片设计中存在着故障注入和可靠性评估等重要问题，本文将深入探讨这些问题，并介绍相关的解决方法。
一、故障注入故障注入是一种测试技术，通过有意地在设计的芯片中引入故障，以评估芯片对各种异常情况的抵抗力。
通过故障注入，芯片设计者可以发现潜在的缺陷和漏洞，并进行相应的修复。
故障注入可以分为硬件故障注入和软件故障注入。
硬件故障注入主要是通过在芯片电路中引入故障，如电压干扰、电磁波辐射等。
这种方法可以模拟实际使用环境中的干扰情况，从而评估芯片的可靠性和稳定性。
软件故障注入则是通过编写特定的测试程序，在芯片上注入软件故障。
比如，通过改变指令顺序、插入响应延迟等方式，测试芯片在不同的软件异常情况下的表现。
软件故障注入可以帮助设计者在早期发现问题，减少后期开发和测试的时间与成本。
二、可靠性评估可靠性评估是对芯片的可靠性进行定量和定性分析的过程，用于评估芯片的质量和性能。
常见的可靠性评估方法包括可靠性指标评估、可靠性测试和可靠性预测。
可靠性指标评估是根据芯片的设计目标和性能要求，通过一系列的指标衡量芯片的可靠性。
例如，重要的指标包括MTBF（平均无故障时间）、FIT（故障每亿小时数）等，这些指标可以帮助设计者了解芯片在长时间运行和不同工作条件下的可靠性水平。
可靠性测试是通过实际测试来评估芯片的可靠性。
常用的测试方法包括可靠性试验、性能测试、环境测试等。
通过这些测试，设计者可以了解芯片在不同工作负载、温度、湿度等环境条件下的可靠性表现。
可靠性预测是根据芯片的设计和测试数据，通过统计模型和数学方法进行可靠性分析与预测。
这种方法可以在芯片设计的早期阶段提前评估芯片的可靠性，并为改进设计提供参考。
三、解决方法针对芯片设计中的故障注入和可靠性评估问题，设计者可以采取一系列的解决方法来提高芯片的可靠性和质量。
首先，设计者可以使用专门的故障注入工具和技术，以提高故障注入的准确性和效率。
故障注入与失效模式分析
故障注入与失效模式分析故障注入与失效模式分析是一种常见的测试方法，用于模拟系统中的故障情况，以确定系统对故障的响应和处理能力。
本文将介绍故障注入与失效模式分析的基本原理、应用场景以及相关的测试技术。
1. 故障注入故障注入是一种通过人为方式将故障引入系统中的测试方法。
它可以帮助测试人员评估系统的鲁棒性和可靠性，以及验证系统对不同故障情况的处理能力。
故障注入可以分为硬件故障注入和软件故障注入两种方式。
1.1 硬件故障注入硬件故障注入是通过改变硬件的工作状态，引入故障情况。
例如，改变电压、时钟频率或者引入噪声等方式，模拟硬件故障情况。
硬件故障注入通常需要使用专门的设备或者工具来实现。
1.2 软件故障注入软件故障注入是通过修改软件的代码或者环境，引入故障情况。
例如，改变输入数据、修改算法逻辑、模拟网络延迟等方式，模拟软件故障情况。
软件故障注入通常可以通过编程技术来实现。
2. 失效模式分析失效模式分析是一种对系统失效进行分析和分类的方法。
它可以帮助理解系统的失效机制，确定系统的薄弱点，并提出相应的改进措施。
失效模式分析通常涉及以下几个步骤：2.1 收集数据首先，需要收集系统的运行数据和故障情况。
这些数据可以包括系统运行日志、故障报告、用户反馈等。
通过收集数据，可以了解系统存在的故障模式和频率。
2.2 故障分类根据收集的数据，对系统的各类故障进行分类。
根据故障的性质、原因、影响等进行分类，将相同类型的故障归为一类。
2.3 失效原因分析对于每一类故障，需要进行深入的原因分析。
通过追踪故障的发生过程、分析影响因素和相关数据，找出故障产生的根本原因。
2.4 提出改进措施根据失效模式分析的结果，提出相应的改进措施。
可以从硬件、软件、工艺等方面入手，针对性地改进系统，增强系统的鲁棒性和可靠性。
3. 故障注入与失效模式分析的应用故障注入与失效模式分析的应用非常广泛。
它可以用于航空航天、电子设备、工业控制等领域的系统测试和可靠性评估。
电脑芯片分析中的故障注入与故障模拟技术
电脑芯片分析中的故障注入与故障模拟技术电脑芯片是现代电子设备中的核心组成部分，它的正常运行对于设备的性能和稳定性至关重要。
然而，由于各种因素的存在，芯片在设计、制造和使用过程中可能会出现故障。
为了确保芯片的质量和可靠性，故障注入和故障模拟技术成为电脑芯片分析中的重要工具。
一、故障注入技术故障注入技术是通过有意向芯片中注入故障或异常信号来模拟和分析芯片在工作过程中可能遇到的异常情况。
通过故障注入，工程师可以评估芯片在各种异常条件下的性能和可靠性，及时发现和解决潜在的问题。
故障注入技术通常包括以下几个要素：故障注入点、故障注入方法、故障注入信号和故障注入验证。
1. 故障注入点故障注入点是指芯片中的特定位置或结构，通过在该位置注入故障信号，可以模拟特定的故障场景。
故障注入点的选择需要根据芯片的具体结构和设计目标进行，常见的注入点包括时钟网络、电源电路和数据通路等。
2. 故障注入方法故障注入方法是指实现故障注入的具体手段和技术。
常见的故障注入方法包括电压注入、电流注入和温度注入等。
通过合理选择注入方法，可以有效地模拟芯片在不同工作条件下可能出现的故障现象。
3. 故障注入信号故障注入信号是指注入到芯片中的具体故障或异常信号。
这些信号可以是单一的、周期性的或随机的，可以模拟芯片在不同工作状态下可能遇到的各种故障情况，如电压异常、时序错误等。
4. 故障注入验证故障注入验证是指通过检测和分析芯片在故障注入后的响应来确认注入的有效性。
可以通过观察芯片的输出、时钟频率和功耗等指标来验证故障注入的效果。
同时，还可以使用故障注入后的芯片进行功能验证和性能测试，以评估芯片在实际工作中的可靠性和稳定性。
二、故障模拟技术故障模拟技术是通过软件或硬件手段，模拟和重现芯片在设计和制造过程中可能出现的故障场景。
与故障注入不同，故障模拟是在芯片设计和制造阶段进行的，旨在发现和解决潜在的设计缺陷和制造问题。
故障模拟技术主要包括以下几个方面：故障模型、故障数据生成和故障模拟验证。
基于硬件木马的AES差分故障分析
2017，53（5）1引言AES （Advanced Encryption Standard ）加密算法[1]是美国国家标准技术协会（NIST ）在2001年11月发布的一个对称分组密码算法，具有很高的安全性，能够很好地抵抗差分分析和线性分析，被广泛应用于智能卡和安全微处理器中来保护敏感信息的机密性。
为了满足这些应用的高吞吐量的需求，一般在集成电路（Integrated Circuit ，IC ）中实现AES 加密过程。
随着AES 加密算法的广泛应用，涌现了大量的攻击方法，其中利用旁路信息进行攻击的差分故障分析（Differential Fault Analysis ，DFA ）[2-4]被认为是行之有效的方法之一，其基本思想是利用电磁辐射、激光等旁路信号干扰密码芯片，使其发生故障产生错误的加密结果，通过分析正确加密结果与错误加密结果来破解密钥。
Giraud [5]等人在AES 加密算法的第九轮中引发一个字节故障并使用250个故障密文分析出密钥。
BlÖmer [6]等人缩减故障密文数到128至156之间。
Dusart [7]等人在第八轮列混淆和第九轮列混淆之间的任一中间状态注入一个字节故障并用40个故障密文破解密钥。
孙维东[8]等人在第九轮的行移位后注入单字节故障，利用约20个故障密文恢复出密钥。
对密码芯片实施差分故障攻击虽然有效，但是注入故障的方式实施代价大，甚至对密码芯片造成不可逆的损害，且注入的故障不确定，可控性差，不利于分析密钥。
基于硬件木马的AES 差分故障分析王晓晗，李雄伟，张阳，徐璐WANG Xiaohan,LI Xiongwei,ZHANG Yang,XU Lu军械工程学院信息工程系，石家庄050003Department of Information Engineering,Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,ChinaWANG Xiaohan,LI Xiongwei,ZHANG Yang,et al.AES differential fault analysis based on hardware puter Engineering and Applications,2017,53（5）：103-106.Abstract:Aiming at the characteristics of uncertainty and poor controllability in general differential fault analysis fault injection,a new small-scale and low trigger Trojan design is ing the maximum period sequence generated by a linear feedback shift register as an activation conditions and implementing controllable fault injection by individual XOR door,the corresponding differential fault analysis is proposed.The Trojan is implanted in the AES encryption circuit which is implanted in the FPGA chip,the fault is injected in the first line of intermediate state behind the eighth round shiftrows,and the differential fault attack is run.Experimental results show that,all the key of AES can be restored only by two right ciphertexts and wrong ciphertexts,and it takes only 5s.Key words:hardware Trojan;differential fault analysis;advanced encryption standard摘要：针对一般差分故障分析注入的故障不确定、可控性差等特点，提出一种新的规模小、触发率低的木马设计，利用线性反馈移位寄存器生成的最大周期序列作为激活条件，以单个异或门实施可控的故障注入，并提出相应的差分故障分析方法。
系统可靠性设计中的故障注入案例分享
系统可靠性设计是现代科技发展中至关重要的一环，它涉及到许多方面的工程和技术，需要综合考虑多种因素来保证系统的稳定运行。
在系统设计的过程中，故障注入是一种常见的测试方法，通过有意识地向系统中注入故障，可以帮助工程师们更好地理解系统的弱点，进而改进系统设计，提高系统的可靠性。
在实际的系统设计中，故障注入可以通过多种方式来进行，例如人为引入故障、模拟故障等。
下面将通过几个具体的案例来分享在系统可靠性设计中的故障注入实践经验。
1. 传感器故障注入在某个自动驾驶汽车项目中，工程师们通过故障注入的方式来测试车辆搭载的传感器系统。
他们有意识地向传感器系统中注入了不同的故障，例如模拟传感器损坏、传感器数据丢失等情况。
通过对车辆在这些故障情况下的表现进行观察和分析，工程师们得以更清晰地了解传感器系统在面对故障时的应对能力，进而改进系统设计，提高汽车的自动驾驶可靠性。
2. 网络通信故障注入在一个大型云计算平台的可靠性设计中，工程师们通过故障注入的方式来测试平台的网络通信模块。
他们人为地制造了网络中断、数据包丢失等故障情况，观察平台在这些情况下的表现。
通过这一系列的测试，工程师们发现了一些网络通信模块的潜在问题，并及时对系统进行了优化和改进，从而提高了平台的可靠性和稳定性。
3. 软件故障注入在一个工业自动化生产线系统的设计中，工程师们通过故障注入的方式来测试系统的软件模块。
他们有意识地向软件中引入了一些bug、内存泄露等故障，观察系统在这些异常情况下的表现。
通过这些测试，工程师们不仅找到了系统软件的一些潜在问题，还改进了软件的设计和性能，使系统在面对故障时能够更加稳定可靠地运行。
通过以上几个案例的分享，我们可以看到，在系统可靠性设计中，故障注入是一个非常有价值的测试方法。
通过有意识地向系统中注入故障，工程师们可以更准确地了解系统的弱点和问题所在，进而改进系统设计，提高系统的可靠性和稳定性。
当然，在进行故障注入测试时，工程师们需要注意测试的深度和范围，同时也要确保测试过程中不会对实际生产和运行造成过大的影响。
基于随机故障注入的GOST差分故障攻击方法
基于随机故障注入的GOST差分故障攻击方法
蔡承伯;杜之波;吴震;李圣泉;江楠
【期刊名称】《成都信息工程大学学报》
【年(卷),期】2022(37)1
【摘要】目前针对GOST算法提出的差分故障攻击方法均对故障模型做了假设限定,其要求在特定的时机或位置引入故障。
但在实际攻击中,攻击者难以精确控制故障的发生,攻击的普适性较差。
此外,国内外已有的攻击实验均为仿真数据,回避了真实攻击中会遇到的错误密文筛选问题。
基于此,提出一种基于随机故障注入的GOST差分故障攻击方法。
该方法将随机故障注入区间扩大至GOST算法的最后八轮,在注入完成后只需简单筛选错误密文样本,即可利用密钥筛选方法依次恢复出最后八轮子密钥,最终达到恢复算法主密钥的目的。
并对无防护GOST智能卡进行了电源故障注入攻击实验,实验结果表明,该方法不仅能在真实实验环境中成功恢复出算法的主密钥,而且扩大了故障诱导的范围,降低了攻击的难度,提高了攻击的灵活性和实用性。
【总页数】7页(P1-7)
【作者】蔡承伯;杜之波;吴震;李圣泉;江楠
【作者单位】成都信息工程大学网络空间安全学院;国电南京自动化股份有限公司南京华盾电力信息安全测评有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN918
【相关文献】
1.基于随机故障注入的SM4差分故障攻击方法
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3.扩大故障注入范围的SM4差分故障攻击研究
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一种木马电路的实现与特征分析
一种木马电路的实现与特征分析
郑朝霞;韩玲;李阳;邹雪城
【期刊名称】《微电子学与计算机》
【年(卷),期】2012(29)10
【摘要】由于硬件木马等恶意电路的隐蔽性,攻击者可以利用其窃取机密信息,破坏硬件电路,造成严重的经济损失与社会危害.本文基于典型的芯片设计流程与EDA工具,首先建立硬件木马的电路模型,然后尝试在一简单ADC芯片中,利用其电路的剩余空间,设计实现了一种计数器木马电路.该木马电路的规模大约占芯片总面积的5.6%,将受污染的电路与真实电路一起用标准CMOS工艺HJ0.25μm流片,然后采用旁路功耗分析技术进行深入分析.实验数据表明,在正常工作情况下,受污染和没受污染的芯片功耗并无明显差异,而当木马触发条件满足时,受污染的芯片却成功的实现了攻击.
【总页数】3页(P78-80)
【关键词】芯片安全;恶意电路;硬件木马;计数器
【作者】郑朝霞;韩玲;李阳;邹雪城
【作者单位】华中科技大学电子科学与技术系
【正文语种】中文
【中图分类】TN452
【相关文献】
1.基于特征分析和行为监控的未知木马检测系统研究与实现 [J], 郝增帅;郭荣华;文伟平;孟正
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5.一种面向粗粒度可重构阵列的硬件木马检测算法的设计与实现 [J], 严迎建;刘敏;邱钊洋
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基于DCVSL的硬件木马检测
基于DCVSL的硬件木马检测
程伟;李磊;成祥
【期刊名称】《微电子学与计算机》
【年(卷),期】2017(34)4
【摘要】针对硬件木马检测问题,分析了DCVSL(差分串联电压开关逻辑)电路的特性,激活的硬件木马引起DCVSL的输入非互补,电路就会产生一个异常的短路电流.在此基础上提出了基于DCVSL结构的固有特性,利用电路平均短路电流旁路分析的硬件木马检测方法.通过HSIPCE蒙特卡罗分析仿真,以C432标准电路作为测试电路,植入一个微小的硬件木马,仍然检测出了电路中木马的存在,验证了方法的有效性.【总页数】4页(P102-105)
【关键词】硬件木马;旁路分析;差分串联电压开关逻辑;平均短路电流
【作者】程伟;李磊;成祥
【作者单位】电子科技大学电子科学技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TN406
【相关文献】
1.基于木马马氏距离模版的硬件木马检测方法 [J], 孙渴望;崔琦;王思翔
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3.基于模型检测的硬件木马检测技术研究 [J], 张启智;赵毅强;高雅;马浩诚
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华 中 科 技 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版） ） Ｊ ．Ｈ ｕ ａ ｚ ｈ ｏ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ． ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ．＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ．（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ
１ １ ７ ， 实 现了极小化的泄漏型硬件木马电路 ， 其逻辑测试空间超过 ２ 且仅需 ５ 个寄存器和 ８ 个 Ｌ 采用差分分 ＵＴ．
对两组故障信息进行分析 ， 经过 １ 析方法 ， ７ １． ６ ８ｓ成功破解密钥 ． 关键词 硬件木马 ；差分故障分析 ；数据加密标准 ；密码芯片 ；差分分析 ；故障注入 （ ） 中图分类号 ＴＮ ９ １ ８ 文献标志码 Ａ 文章编号 １ ６ ７ １ ４ ５ １ ２ ２ ０ １ ４ ０ ４ ０ ０ ６ ８ ０ ４ － － －
ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｌ ｅ ｒ ｏ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ Ｔ ｒ ｏ ａ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋ ｗ ａ ｓ Ａ － ｐ ｐ ｐ ｊ ｇ ， ｏ ｓ ｅ ｄ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｓ ｅ ｒ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｃ ｒ ｔ ｏ ｃ ｈ ｉ ｔ ｏ ｌ ｅ ａ ｋ ｋ ｅ ． Ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｗ ａ ｓ ｉ ｍ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｒ ａ ｎ － ｐ ｙ ｐ ｐ ｙ ｐ ｄ ｏ ｍ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ． Ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｉ ｎ ｌ ｅ ｅ ｘ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｖ ｅ ｏ ｒ（ Ｘ Ｏ Ｒ） ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｍ ｏ ｄ ａ ｔ ｅ ． Ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ － ｊ ｇ ｙ ｇ ｅ ｌ ｗ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．Ａ ｍ ｉ ｎ ｉ ｍ ｉ ｚ ｅ ｄ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ Ｔ ｒ ｏ ａ ｎ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｇ ｊ ｇ ， （ ） ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｗ ｉ ｎ Ｓ Ａ Ｓ Ｅ Ｂ Ｏ ｈ ｉ ｃ ｈ ｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｓ ｅ ｒ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｄ ａ ｔ ａ ｅ ｎ ｃ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ Ｄ Ｅ Ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｐ ｙ ｐ ｐ ） ，ｗ ｗ ａ ｓ ｃ ｏ ｍ ｏ ｓ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｏ ｎ ｌ ５ｒ ｅ ｉ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ８Ｌ ＵＴ （ ｌ ｏ ｏ ｋ ｕ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ａ ｃ ｅ ｅ ｘ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｔ ｒ ｏ ａ ｎ － － ｐ ｙ ｇ ｐ ｐ ｊ １ １ ７ ， ２ ． Ｔ ｗ ｏ ｏ ｆ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｉ ｓ ｒ ｏ ｕ ｓ ｙ ｙ ｙ ｇ ｐ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｅ ｄ ｉ ｎ １ ７ １． ６ ８ｓ ． ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ Ｔ ｒ ｏ ａ ｎ； ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｄ ａ ｔ ａ ｅ ｎ ｃ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｃ ｒ ｔ ｏ ｃ ｈ ｉ ｄ ｉ ｆ ｈ － ｊ ｙ ｙ ｐ ｙ ｐ ｐ； ｙ ； ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｙ ｊ 制造与使用的发展趋势 ， 芯片 随着芯片设计 、 安全受到越来越 多 的 威 胁 ， 尤其是来自硬件木马 的威胁 ． 硬件木马是在 Ｉ Ｃ 设计制造过程中人为植 入的一些具有恶 意 功 能 的 电 路 ， 能够在特定条件 下产 生 泄 漏 信 息 、 更 改 功 能、 破坏结构等恶意行 为
鉴于硬件木马 的 巨 大 威 胁 ， 研究人员提出了
］ １ ２ １ ４ － ， 众多检测方 法 ［ 对硬件木马的设计提出了很
状态机中采 用 ５ 位 寄 存 器 保 存 状 态 值 ， 每个 状态值由攻击者 随 机 指 定 ， 只有攻击者掌握该随 机状态序列 ． 同时将每个状态值作为比较条件 ， 减 少设计所需 逻 辑 单 元 ． 下一节拍自动 Ｓ ３ ２状 态 下， 因此一次故障出现后 ， 即使重新 跳转回初始状态 ． 输入前一个明文数据 ， 也不会产生故障 ， 可伪装为 随机故障 ． ５位寄存器能够表达３ ２ 种 不 同 状 态， 因此 激 活 电 路 的 逻 辑 测 试 空 间 为 ３ 大于 ２！ （
１ １ ７ ） ， 超过 Ｄ ２ Ｅ Ｓ 加密自身的测试空间 ．
高要求 ． 综合分析各种检测方法 ， 为了提高硬件木 应 注 意 以 下 方 面． 马的抗检测 能 力 ， ａ ．电 路 规 模 木马电路规模应尽可能小 ， 否则将造成芯片功 小． 耗、 电磁等旁路信号的较大改变 ； 不能直接接触输 入输出端口 ， 否则造成线路延迟的较大改变 ． 这些 因素都会使 得 硬 件 木 马 的 隐 蔽 性 差 ． ｂ ．抗 逻 辑 测试能力强 ． 对芯片进行正常逻辑测试时 ， 硬件木 未激 马不能被激 活 ． ｃ ．不 干 扰 原 始 芯 片 的 功 能 ． 活状态下 ， 原始芯片能够正常工作 ． 本文以 Ｄ 以 规 模 小、 隐 Ｅ Ｓ 加 密 电 路 为 目 标， 不干扰 原 始 芯 片 功 能 为 原 则 设 计 了 具 有 蔽性强 、 该电路分为激活逻辑 故障注入功能的 木 马 电 路 ． 和工作逻辑两个部分 ． 整体结构如图 １ 所示 ， 其中 工作逻 激活逻辑采用自 定 义 随 机 值 作 为 状 态 值 ， 辑采用故障注入 的 方 法 实 现 密 钥 泄 漏 ， 泄漏电路 仅需要一个异或门 ．
， 可以轻易地绕过现有安全防护体系 ， 对芯片
安全构成重大威胁 ． 硬件木马是当前研究的热点 ，
］ ２ ３ － 已取得众多研 究 成 果 ［ 然 而 现 有 研 究 中， 或侧 ．
收稿日期 ２ ０ １ ３ ０ ９ ０ ８． － － ， ： 作者简介 张 阳 （ 男， 讲师 ， ｏ ｕ ｎ ｚ ｈ ｘ ｍ＠１ １ ９ ８ ４ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ２ ６． ｃ ｏ ｍ． －） ｙ ｇ ） ；国家自然科学基金资助项目 （ ） ；河北省自然科学基 基 金项目 国家自然科学基金资助项目 （ ６ １ ２ ７ １ １ ５ ２ ５ １ ３ ７ ７ １ ７ ０ ） 金资助项目 （ Ｆ ２ ０ １ ２ ５ ０ ６ ０ ０ ８ ．
摘要 基于差分故障分析原理 ， 提出一种实现密码芯片密 钥 泄 漏 的 新 型 硬 件 木 马 设 计 ． 利用随机状态值实现 利用单个异或门 （ 实现故障注入 ， 构建 基 于 故 障 信 息 的 差 分 分 析 模 型 ． 以数据加密标准（ 激活电路 ， Ｘ Ｏ Ｒ） ｄ ａ ｔ ａ ， ） 密码算法为攻击目标 ， 以Ｓ 设计并 ｅ ｎ ｃ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ Ｄ Ｅ Ｓ Ａ Ｓ Ｅ Ｂ Ｏ 旁路攻击标准评估板作为硬件实现平台 ， ｙ ｐ
Ｖ ｏ ｌ ． ４ ２Ｎ ｏ ． ４ ｒ ． ０ １ ４ Ａ ２ ｐ
： ／ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０． １ ３ ２ ４ ５ ． ｈ ｕ ｓ ｔ ． １ ４ ０ ４ １ ５ ｊ
基于故障注入的硬件木马设计与差分分析
张 阳 李雄伟 陈开颜 徐 徐
（ ） 军械工程学院信息工程系 ，河北 石家庄 ０ ５ ０ ０ ０ ３
控制故 障 的 产 生 ； ｉ ｎ为引起状态变化的比较条 件， 由初始压缩置换的结果中选定 ５ 位组合而成 ． 由于置换可逆 ， 因此可反向推导获得激活木马所 需明文值 ． 通 过 该 方 式 使 得 木 马 不 直 接 接 触Ｉ Ｏ， 降低对线路延迟的改变 ．
图 ２ 激活逻辑状态机
１ 硬件木马设计
第４期
Байду номын сангаас
张阳 ， 等 ：基于故障注入的硬件木马设计与差分分析
·６ ９·
芯片威胁最大的 方 法 之 一 ． 然而该方法须要通过 电磁辐射 、 激光 、 微探测或切断线路等方法在密码 实施的难度 大， 代 价 高， 且可控 芯片 中 注 入 故 障 ， 性差 ． 在密码芯片设 计 制 造 过 程 中 ， 实现差分故障 攻击仅须在特定 位 置 注 入 单 比 特 故 障 ． 随着密码 算法的运行 ， 单个故障将扩散至全部密文 ， 利用差 即可破解密钥 ， 分分析方法对故障信息进行分析 ， 因此利用该特点可设计得到电路规模极小硬件木 本 研 究 首 次 利 用 差 分 故 障 攻 击 原 理 ，以 马． Ｓ Ａ Ｓ Ｅ Ｂ Ｏ旁 路 攻 击 平 台 上 实 现 的 标 准 Ｄ Ｅ Ｓ加密 算法为攻击目标 ， 设计并实现了注入故障的硬件 木马 ， 构建了基于故障信息的差分分析模型 ， 成功 破解了密钥 ．
［ １］ ４］ ； 重理论分析 ， 而不具有实际功能 ［ 或具有一定功 ３， ５］ 能， 而电 路 规 模 较 大 ， 容 易 检 测［ 如何设计功 ．
能强且抗检测能力强的硬件木马是当前研究中的
６］ 难点问题 ［ ．
差分故障攻击 通 过 对 密 码 芯 片 注 入 故 障 ， 利
７］ 用差分分析方 法 ［ 对 故 障 信 息 进 行 分 析， 从而破 ［］ ［ ０ ］ 解 密 钥 ，已 对 Ｄ 以 及 Ｅ Ｓ， ３ Ｄ Ｅ Ｓ８ ，Ａ Ｅ Ｓ９－１ ［ １ １］ 是对密码 Ｓ ＭＳ ４ 等密码 算 法 成 功 实 施 了 攻 击 ，