Nghiên cứu giải pháp phát hiện mã độc phần cứng dùng mạch thác điện áp vi sai (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯƠNG QUỐC HUY NGHI N C U GI I H H T HI N Đ C H N C NG ẠCH TH C ĐI N I I Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: TÓ 60 52 02 03 TẮT LUẬN ĂN THẠC Ĩ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2015 NG Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĂN CƯỜNG Phản biện 1: TS HU NH I T THẮNG Phản biện 2: TS NGUYỄN H ÀNG C Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật điện tử Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng năm 2015 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Đ U Tính cấp thiết đề tài V i s h t tri n v công nghệ n n c ng s gia tăng v số lượng nhà sản xuất cung cấ , IC đ thành thành h n hông th thi u c c lĩnh v c c a đ i sống Tu nhi n, s gia tăng c ng đ đặt vấn đ quan ngại v bảo mật ph n cứng c a thi t bị C c m độc c th làm giảm chất lượng hệ thống, có th xóa liệu, mở c c cửa hậu đ ăn cắp thơng tin tối mật chí phả h y hệ thống Đ khắc phục vấn đ này, nhi u nghiên cứu đ th c đ tìm hương h tối ưu h t m độc hương h th công h n cứng hân tích i máy phân tích phổ l ctron Ngoài hương h , c n c hương h h c chia làm loại chính: Ki m tra v logic Phân tích thơng số khác Kiểm tra logic: Hạn ch c a hương h nà c n c thi t tham chi u vàng thi t hông nhi m m độc đ làm chu n chu n bị v ctor đ ki m tra Phân tích kênh bênh (SCA): hương h hân tích kênh bênh ti p cận ki m tra hành vi bất thư ng (do m độc gâ ra) thông số hệ thống ng điện, lượng ti u thụ, chậm tr tr n đư ng d n hương h SCA có hiệu cho việc h t m độc hiệu uả cho c c hệ thống c iện tích l n Tuy nhiên, độ nhạy c a hương h SCA thách thức s i n thi n công nghệ Phát sai v m độc nhỏ có th xảy hiệu ứng bi n đổi trình i n thi n cơng nghiệ ví dụ, lượng) đ phân tích kênh bên Trong luận văn này, hương h hảo s t nh m loại bỏ s c n thi t c a thi t k vàng đ tham chi u phát m độc nhỏ chạy uận văn hai th c đặc tính đặc biệt c a mạch th c điện vi sai đ phát m độc hương h nà không tốn c ng hông c n ph n cứng bổ sung c n thi t đ th c n n tảng phát m độc D a tr n đặc m c a c c mạch số thi t th o hương h th c điện vi sai, đ tài SA ” l a chọn Mục tiêu nghiên cứu Đ tài tậ trung nghi n cứu c c vấn đ sau - hảo s t ảnh hưởng c a m độc l n mạch th c điện vi sai - â ng mơ hình giả lậ ảnh hưởng c a m độc l n mạch th c t - Đ nh gi hương h h t m độc tr n mạch sử ụng th c điện vi sai v i c c ti u chí h c - Đưa i n nghị ụng hương h vào th c t Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghi n cứu hương h m độc nh ng vào h n cứng ảnh hưởng c a m độc l n toàn hệ thống sử ụng hương h th c điện vi sai - Nghiên cứu c c hương h h t m độc h n cứng tr n mạch logic thi t th o hương h th c điện vi sai - Nghi n cứu thi t mạch thử nghiệm sử ụng hương h th c điện vi sai - Nghiên cứu hương h đ nh gi hiệu uả c a hương h h t m độc h n cứng hương pháp nghiên cứu t hợ nghi n cứu l thu t thi t mạch h t m độc h n cứng, thử nghiệ hương h nà tr n mạch th c t c ui mô v a nhỏ C c c ti n hành cụ th sau + Thu thập, phân tích tài liệu thông tin liên quan Thi t lậ môi trư ng giả lậ Thi t mạch h t m độc h n cứng Thi t mạch thử nghiệm Nh ng m độc l n mạch thử nghiệm Tích hợ mạch h t m độc l n mạch thử nghiệm c định r c c ti u chí đ đ nh gi hương h đ v i c c hương h h c Đ nh gi t uả a tr n mạch thử nghiệm Đ uất, i n nghị c c hương h tối ưu hiệu uả tr n mạch thử nghiệm cụ th Bố cục đề tài Ngoài ph n Mở đ u, K t luận hư ng phát tri n, Tài liệu tham khảo, Phụ lục, luận văn ao gồm c c chương sau CHƯƠNG GI I THI ĐỘC H N C NG VÀ ẠCH TH NGHI CHƯƠNG HƯƠNG HÁ HÁT HI N ĐỘC H N C NG CHƯƠNG THI T ẠCH HÁT HI N ĐỘC VÀ ẠCH TH NGHI CHƯƠNG THỰC HI N VÀ K T QUẢ MÔ PHỎNG Tổng quan tài liệu nghiên cứu Tài liệu nghiên cứu tham khảo báo, luận văn thạc sỹ t c c trư ng đại học c a quốc gia khác th gi i, v i trang web tìm hi u Luận văn chắn không tránh khỏi sai sót, mong nhận s góp ý c a Hội đồng đ luận văn trở thành công trình th c s có ích GI I THI U CHƯƠNG Đ C H N C NG À TH NGHI ẠCH 1.1 GI I THI U CHƯƠNG Chương nà s gi i thiệu tổng uan v m độc h n cứng Chương s cung cấ h i niệm chung v c c loại m độc ảnh hưởng c a m độc l n h n cứng Ngoài ra, chương c ng gi i thiệu v mạch thử nghiệm cho hương h đ uất Đ C H N C NG độc h n cứng mạch số độc hại nh ng n mạch l n n đ n r r ữ liệu r r ữ liệu gâ tổn hại đ n c c chức ình thư ng c a mạch hi ch ng ích hoạt 1.2 n 1.2 n D a vào c c đặc tính c a m độc mà ch ng ta c th hân loại a loại a vào đặc tính vật l , đặc tính ích hoạt đặc tính t c động ẠCH TH ạch th c CMOS v i lợi th v độ chậm tr , ti 1.3 C ĐI N I I điện vi sai (DCVSL) kỹ thuật mạch kỹ thuật NAND / NOR mạch truy n thống u hao lượng, iện tích, linh hoạt logic 1.3.1 K th ật DCVSL ạch th c điện vi sai DCVSL gổm h n câ nhị hân DCVSL tr tải loa n 1.3 u t định DCVSL 1.3.2 Ng ên hoạt đ ng u trình chu n trạng th i c th chia làm giai đoạn n định trạng th i trư c hi chu n trạng th i ạch nhị hân h ng lại độ mạnh c a tải chu n trạng th i đ u Chu n trạng th i đ u c n lại 1.3.3 Thiết kế DCVSL dụng ảng Ka na gh 1.4 ẠCH TH NGHI uận văn ch sử ụng hương h tr n mạch th c điện sai n n mạch thử nghiệm s thi t th o hương h nà vi 1.5 K T LUẬN CHƯƠNG ạch th c điện vi sai ỹ thuật tối ưu cho c c thi t c n c tín hiệu ổ t c cho đ th c c c chức định ỹ thuật c n ụng rộng r i c c mạch c n tốc độ cao C c mạch th c điện vi sai àng thi t th o hương h sử ụng ảng aunaugh độc h n cứng đa ạng ảnh hưởng c a m độc l n h n cứng c ng hức tạ T vào đặc m ảnh hưởng c a m độc mà c th hân loại m độc th o c c nh m Ảnh hưởng c a m độc đặt vấn đ th ch thức c c nhà ngu n cứu đ tìm giải h h t m độc c ch nhanh ch ng c độ tin cậ cao Đặc iệt ứng ụng c a mạch IC hổ i n c mắt tất c c ngành c n c độ ảo mật cao uân s , uốc h ng HƯƠNG H CHƯƠNG H T HI N Đ C H N C NG 2.1 GI I THI U CHƯƠNG Chương s gi i thiệu v c c hương h h t m độc hổ i n na c ch thức h t m độc Ngoài ra, chương c ng gi i thiệu hương h đ uất c a luận văn 2.2 T NG QU N HƯƠNG H H T HI N Đ C H N C NG Ngoài hương h hân tích l ctron, c c hương h h c a vào c c đặc tính ảnh hưởng c a m độc c ng h t tri n C c hương h nà c th nh m lại hân tính thơng số c a mạch ích hoạt m độc t vào cấu tr c c a mạch 2.2.1 hương pháp ph n t ch phổ ct on 2.2.2 hát m đ c d a th ng ố hoạt đ ng C c thông số hoạt động, ao gồm th i gian lượng, có th sử dụng đ phát m độc a b 2.2.3 hương pháp k ch hoạt m đ c hương h ích hoạt m độc c th đ nhanh u trình h t m độc c th t hợ v i hương h v lượng N u m độc ích hoạt, mạch m độc s ti u thụ lượng nhi u 10 n 2.1 ăn Cổng INV Đ n tăn gây v n t Năng ượng t ng nh ổ t c n Đ kh ng ổ t c 39.03 86.87 NAND2-AND2 65.96 91.17 NOR2-OR2 65.96 91.17 XNOR2-NOR2 98.74 91.73 NAND3-AND3 NOR3-OR3 92.87 92.86 88.78 88.78 XNOR3-NOR3 140.63 88.86 Năng lượng cho cổng ản hi ị nhi m m độc l n gấ l n lượng cho mạch hoạt động ình thư ng Năng lượng ti u h n l n sinh ch ut ng ị ngắn mạch o ài 2.4.2 ác ất ượng tiê hao ng n mạch ất thường NH HƯ NG C C NG NGH Đ N NĂNG LƯ NG R R À TI U TH V i s h t tri n c a cơng nghệ, ích thư c c a O ngà giảm Đi u nà s làm cho c c mạch ti t iệm iện tích tăng tốc độ c a mạch Tu nhi n, việc làm giảm l ngth c a c c O s làm cho ng r ng tĩnh c a mạch tăng đ ng D ng r s tăng đ n mức lượng ti u thụ là ng r c a mạch 2.6 K T LUẬN CHƯƠNG T vào đặc m c a t ng mạch cụ th , c c hương h s sử ụng nh m h t m độc v i hiệu suất cao C nhi u hương h , nhìn chung tất c c hương h đ u tậ trung hai th c i u ất thư ng o m độc gâ độ tr tăng, ti u thụ lượng l n D a vào đặc m c a mạch th c điện vi sai, hương h luận văn đ s hai th c vào lượng ti u thụ ất thư ng o m độc gâ 11 CHƯƠNG THI T K ẠCH H T HI N Đ C À ẠCH TH NGHI 3.1 GI I THI U CHƯƠNG Chương s cung cấ tổng ua mạch h t m độc đ uất đ sử ụng vào th c t Tu nhi n, mạch h t m độc s giả lậ môi trư ng hs ic đ đ nh gi hương h s t v i th c t 3.2 T NG QU N ẠCH H T HI N Đ C ạch h t m độc th c t t hợ hai thành h n uản l ng điện ộ vi l Tổng uan mạch h t m độc đ cậ hình I m n ng Microcontroller V n i HT ADC trung tâm OUT u o ch i = m ! OUT n 3.1 t n t t t Tất mơ hỏng tính to n s th c môi trư ng giả lậ Hs ic Môi ng p Hspice Custom Waveview Công Synopsys Công o u n p n u o ch Công OUT m = ! OUT t i n nh t n n t ậ 12 3.3 T NG QU N C NG C THI T K 3.4 THI T K Đ C Cổng O chọn làm tải trọng c a m độc v i tín hiệu ữ liệu tín hiệu c n lại tín hiệu ích hoạt m độc 3.5 THI T K ẠCH TH NGHI ạch thử nghiệm đ đ nh gi hương h h t m độc h n cứng cho mạch th c điện vi sai mạch cộng toàn h n 64 bit 3.5.1 C ng toàn ph n 1-bit 13 n 3.9 t n năn năn n n t n 3.5.2 C ng toàn ph n 4-bit n n t n n t 3.5.3 ạch I C -85 C432 ạch thử nghiệm ti th o I C - C432 Chức mạch, hoạt động mạch, ch thích mạch V rilog s lấ t trang c a http://web.eecs.umich.edu/~jhayes/iscas.restore/c432.html T c c V rilog, công cụ D sign Com il r s sử ụng c c ữ liệu nhậ vào o ngư i sử ụng thi t lậ thư viện s ịch sang n tlist mức cổng cho thỏa m n c c ui định v th i gian chức c a V rilog 14 3.6 K T LUẬN CHƯƠNG ạch đ uất nh m ứng ụng hương h c a luận văn thi hi ụng vào th c t Hơn nữa, tất đ u c th giả lậ v i độ c cao Đ đ nh gi hương h c ch c, hai mạch thử nghiệm sử ụng đ mạch cộng it mạch I C - C432 độc l n lượt nh ng vào nhi u vị trí h c c a mạch thử nghiệm Ngoài ra, chương c ng cung cấ nhi u loại m độc đa ạng 15 TH NGHI CHƯƠNG À Đ NH GIÁ K T QU 4.1 GI I THI U CHƯƠNG Trong chương nà , luận văn s trình v thi t lậ thử nghiệm hương h đ tr n c c mạch thử nghiệm C c ảnh hưởng c a m độc s hảo s t tr n mạch thử nghiệm uận văn c ng hảo s t s ảnh hưởng c a công nghệ l n hương h uận văn c ng cung cấ ưu m nhược m c a hương h 4.2 THI T LẬ TH NGHI T vào mục đích thử nghiệm, luận văn s thi t lậ c c thử nghiệm cho c c mạch h c Tu nhi n, m chung cho c c l n thử nghiệm ch n m độc tín hiệu đ u vào m t hiệu uả c a hương h ỗi vị trí ch n m độc, luận văn s sử ụng m u tổ hợ đ u vào ng u nhi n đ hảo s t 4.2.1 ạch c ng it toàn ph n Luận văn l a chọn it đ nh ng m độc làm tha đổi cặ ổ t c c a c c it hi c c cặ ổ t c c a B v n giữ đ ng gi trị Như vậ , s c vị trí đ nh ng m độc, vị trí c a gi trị vị trí gi trị Cin 4.2.2 ạch I C -85 C432 ạch I C - C432 c 32 it đ u vào, l n lượt s nh ng m độc vào c c đ u vào c a mạch thử nghiệm 4.2.3 Khảo át ảnh hư ng c ng nghệ ên phương pháp Đ hảo s t s ảnh hưởng c a cộng l n hương h h t m độc, luận văn s sử ụng mạch cộng it t hợ ộ so s nh it đ hảo s t ngth nm 220nm 16 4.3 K T QU 4.3.1 ạch c ng toàn ph n it n n nt n n n C th thấ tr n hình 4, mặc t c động c a m độc s hông làm ng c a mạch cộng tha đổi ất thư ng s làm ng ộ so s nh it tha đổi c ch ất thư ng T c động nà s r rệt n u chân đ u ị lững l i nhi u O h c 17 n C c t ạn t n u tố sử ụng cho hương h n t n nà nh m h t m độc Năng lượng ất thư ng ng ất thư ng Đ u hông ổ t c Đ u ị lững D a vào c c u tố tr n, v i mạch cộng it t uả c a hương h uan 18 n t t n t t t uả uan n u t hợ u tố c suất h c m độc l n t i g n tất vị trí ch n m độc 4.3.2 ạch I C n 4.7 -85 C432 t v ISCAS-85 C432 19 4.3.3 nh hư ng c ng nghệ ên phương pháp n 4.8 n n n n n n C th thấ hình , cơng nghệ nm, s h c ng c t c động hông c t c động c a m độc Ch nh lệch ng ngth 22 nm c a ộ cộng it g n gấ đôi c n nm ấ ng Tương t ng ộ so s nh it, ch nh lệch gấ 22 nm hi ch nh lệch chi g n gấ 90nm 80.00 70.00 60.00 50.00 t 40.00 30.00 c s ất p n mã ộc (%) 20 20.00 10.00 0.00 A0 A6 A12 A18 A24 A30 A36 A42 A48 A54 A60 A63 Vị í èn mã ộc 90nm 220nm n 4.9 n n t n v n Như vậ , hi ng r tăng l n s làm cho c a hương giảm ngth 22 nm cho t uả g n hi ch cho nm c a hương h nà c th giảm đ n c c công nghệ thấ nm nm h 4.4 NH HƯƠNG H KH C n 4.1 n v Tiê ch h n t ch phổ electron n hương pháp t ên mạch DVCSL hương pháp ph n th ch ản đ nhiệt Th i gian âu – c th o ài đ n th ng Nhanh - ụng tr c ti tr n mạch hoạt động Nhanh – c th hân tích tr c ti tr n mạch hoạt động Ảnh hưởng Cơng nghệ cao Ảnh hưởng đ n hiệu suất Công Ảnh hưởng đ n hiệu suất 21 công nghệ hạm vi ứng ụng th i gian hân tích l n n – mạch C O th c điện vi sai Chi hí Đắt ti n Hiệu suất Cao – c th l nđ n1 cho c c mạch hông u hức tạ h t v ng nhi m m độc C th h t v ng nhi m m độc nghệ cao ng r đ ng vai tr l n Ch ụng cho mạch th o ch th c điện vi sai Công nghệ cao ng r đ ng vai tr l n n – mạch C O th c điện vi sai ti n Đắt ti n Cao H u h t cho c c gi trị C c mạch nhỏ cho t uả 100% hụ thuộc vào iện tích c a m độc đối v i iện tích mạch thử nghiệm hơng hỗ trợ o s nh v i c c hương h h c, hương h luận văn c nhi u ưu m nhược m sau C th h t v ng nhi m m độc đ uất a hương h c c c ưu m đ ng gi c th sử ụng hông c n thi t vàng thi t hông nhi m m độc Hiệu uả cao v i c c mạch v a nhỏ h t tức th i th i gian chạ c a mạch C th t i sử ụng cho nhi u chi l n i m tra Chi hí thấ hơng u c u s chu n ị nhi u 22 Cho hiệu suất cao m độc nhỏ b B n cạnh c c ưu m, hương h c ng c nhi u nhược m c n cân nhắc trư c hi ứng ụng vào th c t hương h ch ứng ụng cho mạch số sử ụng hương h th c điện vi sai hông th sử ụng cho mạch th o công nghệ C O mạch analog hương h ị chi hối h nhi u ởi công ngh , công nghệ cao s làm giảm hiệu uả c a hương h hông c m độc h t loại m độc vị trí c a 4.5 K T LUẬN CHƯƠNG t uả c a hương h tr n c c mạch thử nghiệm uan hương h c th t hợ v i i u ất thư ng h c đ tăng hiệu suất c a hương h t uả tr n mạch cộng it g n đạt n u hương h t hợ c c i u t uả lỗi Tu nhi n, hương h c ng ị chi hối ởi công nghệ ích thư c giảm s làm hiệu suất c a hương h giảm đ ng B n cạnh nhi u ưu m, c c nhược m c a hương h nhắc trư c hi ụng vào th c t c n cân 23 K T LUẬN À KI N NGH K t luận: uận văn đ hảo s t đặc tính mạch th c điện vi sai ạch th c điện vi sai lng c tính chất đặc iệt c c tín hiệu ln c cặ ổ t c N u gi trị ổ t c nà ị tha đổi s làm tha đổi chức c a mạch C c cặ ữ liệu hông ổ t c s làm cho mạch ị ngắn mạch c c đ u hông ổ t c C c đ u hông ổ t c c th lan tru n mạch lan tru n c th làm mạch ị ngắn mạch ví trí O ti th o D a vào tính chất đặc iệt c a mạch th c điện vi sai, hương h h t m độc a tr n lượng ất thư ng đ suất đ ụng Phát m độc tr n mạch sử dụng hương h th c điện vi sai có th th c b ng cách sử dụng liên tục, lượng ti u thụ ất thư ng, k t đ u lỗi hương pháp không tốn c ng hông c n ph n cứng bổ sung c n thi t đ th c n n tảng phát m độc Ngoài ra, hương h c ng hông c n thi t vàng đ so s nh c c hương h h c uận văn đ hảo s t hương h tr n c c mạch thử nghiệm Đ hảo s t vị trí t c động c a m độc, luận văn ch n m độc vào c c đ u vào c a mạch thử nghiệm hảo s t hương h cho t uả h tốt v i c c mạch thử nghiệm t uả c th đạt đ n n u t hợ nhi u hương h h c tr n mạch thử nghiệm uận văn c n hảo s t t c động c a ng r l n mạch thử nghiệm Công nghệ l n cao s làm cho hiệu suất h t m độc giảm uống 24 ớng phát tri n: hương h hảo s t c nhi u ưu m c th ti tục h t tri n đ ứng ụng vào th c t Tu nhi n hương h c n nhi u hạn ch c n nghiên cứu âu đ đưa vào th c t Hư ng h t tri n ti th o c a đ tài i m tra hương h tr n c c mạch th c t l n hi mà ng ngắn mạch s h hân iệt so v i c c ng r r Ngoài ra, hương h nà c n i m tra tr n c c công nghệ thấ nm đ i m tra hiệu suất c a hương h uận văn đ uất hương h nà n n sử ụng ti n h t m độc nh m hân loại chi c ị nhi m m độc au hi loại, ngư i i m tra c th gởi m u c ị nhi m m độc cao đ n trung tâm hân tích hổ l ctron Trong th i gian nà c th sử ụng th m hương h i m tra v ctor đ h t m độc hương h ản đồ nhiệt đ h t v ng ị nhi m m độc đ tậ trung c c v ctor t c động vào v ng nà u c u c c nhà cung cấ thi t ảng tham chi u vàng đ c th c định vị trí m độc ... th c điện vi sai - Nghiên cứu c c hương h h t m độc h n cứng tr n mạch logic thi t th o hương h th c điện vi sai - Nghi n cứu thi t mạch thử nghiệm sử ụng hương h th c điện vi sai - Nghiên cứu... Đ nh gi hương h h t m độc tr n mạch sử ụng th c điện vi sai v i c c ti u chí h c - Đưa i n nghị ụng hương h vào th c t Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghi n cứu hương h m độc nh ng vào h n cứng... th c điện vi sai đ phát m độc hương h nà không tốn c ng hông c n ph n cứng bổ sung c n thi t đ th c n n tảng phát m độc D a tr n đặc m c a c c mạch số thi t th o hương h th c điện vi sai, đ tài