Analysis and reduction of candidate locations for Hardware Trojans

硬體木馬已成為積體電路設計中非常重要的挑戰，也是現代半導體產業以及國家政府機構在網路安全性上日益關注的問題。硬體木馬可以由第三方插入惡意的邏輯閘或竄改電路，導致內部信息洩漏或直接使電路故障無法執行。 由於硬體木馬平常在電路中不會影響系統功能，只有在特殊罕見的情況下才會被觸發，因此要偵測到硬體木馬非常困難。在本論文中我們先尋找到電路中觸發機率較低的位置，並將這些位置認定為是可能被攻擊者植入木馬的地方；這些位置稱為目標點。然後我們將對這些目標點進行分析和修改其邏輯機率。 我們提出的方法針對那些觸發機率較低的信號線插入相對應的邏輯閘及控制信號，並觀察電路中其控制信號的觸發機率變化，使邏輯值0和1的分布從原本懸殊的比例到接近機率為各一半，並且可以增加電路的可控制性。再進一步使用自動測試型樣產生(Automatic test pattern generation，簡稱ATPG) 觀察所需的測試向量數目。最後顯示經過修改後的電路可以完全消除目標點並同時明顯減少測試向量的數目。致謝 i 摘要 ii 目錄 iii 圖目錄 v 表目錄 vii 第一章 簡介 1 1.1研究動機與目標 1 1.2內容大綱 2 第二章 背景知識與簡述實作方法 3 2.1硬體木馬(Hardware Trojan)的架構 3 2.2相關研究 5 2.3插入控制點 7 第三章 實作方法與實作流程 12 3.1找尋目標點 12 3.2相依之目標點 13 3.2.1完全相依 13 3.2.2部分相依 14 3.2.3相依之例外情況一 15 3.2.4相依之例外情況二 18 3.2.5相依之例外情況三 19 3.3共同來源之目標點 22 3.4相依及共同來源之目標點 24 3.5剩餘之目標點 26 3.5.1轉換機率不相等情況一 26 3.5.2轉換機率不相等情況二 27 3.5.3轉換機率相等情況一 29 3.5.4轉換機率相等情況二 31 3.6實作流程 33 第四章 分析共同來源之目標點 34 4.1一個之共同來源 34 4.1.1同類型的邏輯閘 34 4.1.2不同類型的邏輯閘情況一 36 4.1.3不同類型的邏輯閘情況二 37 4.1.4當共同來源為主要輸入 39 4.2兩個以上之共同來源 41 4.2.1共同來源數量相同 41 4.2.2共同來源數量不同 42 4.3例外情況之共同來源 45 第五章 實驗結果 47 5.1 ISCAS'89電路 47 5.2目標點 47 5.3測試向量 48 第六章 結論 51 參考文獻 5