一种针对片上网络的硬件老化攻击方法技术

本发明专利技术公开了一种针对片上网络的硬件老化攻击方法，其方法包括以下步骤：在片上网络的路由器中植入硬件木马；对每一个经过路由的数据包，路由中的硬件木马获取其目的节点地址；硬件木马的触发器通过路由算法，判断是否进行老化攻击。本发明专利技术通过改变片上网络的路由算法，来加速片上网络中间路由节点的老化，从而达到整个系统性能下降甚至芯片损坏的效果。同时，本发明专利技术具有隐蔽性，路由算法的更改不会对性能造成较大的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种针对片上网络的硬件老化攻击方法
本专利技术涉及硬件安全与算法安全
，特别涉及一种针对片上网络的硬件老化攻击方法。
技术介绍
芯片的生命周期下降会引起芯片故障，使得可靠性成为了现代芯片设计的主要问题。由于负偏压温度不稳定性（NBTI）(V.Reddy,A.T.Krishnan,A.Marshall,J.Rodriguez,S.Natarajan,T.Rost,andS.Krishnan.“Impactofnegativebiastemperatureinstabilityondigitalcircuitreliability”.InInternationalReliabilityPhysicsSymposium,pages248-253,2002.)效应，高温会加速晶体管的老化并引起芯片的击穿。NBTI效应会引起p型晶体管阈值的变化，造成严重的系统延迟。对于多核芯片上的片上互连网络（NOC），网络故障比起单个核或缓存的故障更具破坏性。这是因为片上网络的一个部件的损坏都可能引起整个网络的严重阻塞和性能下降。同时，片上网络的交通不均匀分布，使得处于网络中间的节点遭受更多的工作周期与温度压力。正是这种网络的不均衡寿命，也让NoC的可靠性成为一个主要的研究话题。在一篇关于老化攻击的文献MAGIC(N.Karimi,etal.,"Magic:Maliciousagingincircuits/cores,"ACMTransactionsonArchitectureandCodeOptimization(TACO),vol.12,no.1,p.5,2015.)中，提出了一种针对核与电路的老化攻击。它通过增加关键路径NBTI效应，来加速硬件的老化。MAGIC针对于单核系统，对核与关键电路的攻击可以起到严重的破坏性。然而，对于片上网络，由于核的冗余导致核的损坏并没有起到关键破坏性(HKim,AVitkovskiy,PVGratz,andVSoteriou,“Useitorloseit:wear-outandlifetimeinfuturechipmultiprocessors”.InACM,pages136-147,2013.)然而片上网络的连接一旦被破坏，会导致严重的阻塞和死锁，甚至引起整个网络的损坏。在一片关于片上网络生命周期改良的文献(LiangWang,“AdaptiveRoutingAlgorithmsforLifetimeReliabilityOptimizationinNetwork-on-Chip”,IEEE,2016.)的实验中显示，不同的路由算法会导致片上网络的路由器的MTTF呈现不一样的分布。分布的方差越大，则处于网络中间的节点遭受的工作周期与温度压力越大，从而加剧网络的寿命不平衡。
技术实现思路
基于片上网络中间节点的脆弱性，以及路由算法的不同引起片上网络生命周期的改变的结论，提出了一种新的硬件老化攻击方法：通过改变片上网络的路由算法，来加速片上网络中间路由节点的老化，从而达到整个系统性能下降甚至芯片损坏的效果。一种针对片上网络的硬件老化攻击方法，包括以下步骤：1）在片上网络的路由器中植入硬件木马；2）对每一个经过路由的数据包，路由中的硬件木马获取其目的节点地址；3）硬件木马的触发器通过路由算法，判断是否进行老化攻击。进一步的，所述路由算法为对比当前节点地址与中间路由节点地址的坐标差和目的节点地址与中间路由节点地址的坐标差符号。进一步的，所述步骤3）的具体过程为对比当前节点地址与中间路由节点地址的坐标差和目的节点地址与中间路由节点地址的坐标差，如果两个坐标差的符号都相同，则说明该数据包能在保持最短路径路由的情况下通过中间路由节点，于是触发器触发对中间路由老化攻击；如果符号不同，则数据包正常传输。进一步的，所述老化攻击方式为让数据包经过中间路由节点的路径最短，从而加速中间路由的老化。进一步的，改变路由算法的具体硬件电路包括：触发器、加法器和数据选择器（Multiplexer，MUX）。进一步的，所述电路执行步骤如下：a.加法器进行地址坐标差运算，并将输出的符号进行异或运算；b．将异或运算结果输出加入MUX，输出中间路由节点坐标，参与路由算法运算。以下为该硬件老化攻击方法的攻击场景：一个恶意的设备厂商故意使以前销售的含有多核芯片的设备非常慢，从而促使用户购买新推出的设备。在这种场景下，厂商在设备中植入硬件木马，在保修期结束之后激活后门，使设备变慢从而让用户不得不购买新设备。与现有的技术相比：本专利技术通过片上网络的路由算法，来加速片上网络中间路由节点的老化，从而达到整个系统性能下降甚至芯片损坏的效果。同时，本专利技术具有隐蔽性，路由算法的更改不会对性能造成较大的影响。附图说明图1是硬件木马的结构图；图2是老化攻击路由算法的具体伪代码；图3是实施例节点地址的坐标示意图；图4是老化攻击硬件木马的具体电路。具体实施方式下面结合附图详细描述本专利技术的具体流程。但本专利技术的实施方式不限于此。一种针对片上网络的硬件老化攻击方法，一旦木马被植入，厂商便可以更改路由算法。硬件木马在路由的位置以及硬件木马的结构如图1所示，该方法步骤如下：1）在片上网络的路由器中植入硬件木马；2）对每一个经过路由的数据包，路由中的硬件木马获取其目的节点地址；3）硬件木马的触发器通过路由算法，判断是否进行老化攻击。路由算法为：对比当前节点地址与中间路由节点地址的坐标差和目的节点地址与中间路由节点地址的坐标差，如果两个坐标差的符号都相同，则说明该数据包能在保持最短路径路由的情况下通过中间路由节点，于是触发器触发对中间路由老化攻击；如果符号不同，则数据包正常传输。实施例的路由算法的具体伪代码如图2所示，具体代码流程如下：1、硬件木马获取数据包的目的节点地址。2、硬件木马检测数据包是否满足触发条件：硬件木马对比当前节点地址与中间路由节点地址的坐标差和目的节点地址与中间路由节点地址的坐标差，如果坐标差的符号都相同，则说明该数据包能在保持最短路径路由的情况下通过中间路由节点。图3为7×7的片上网络二维坐标示意图，（3，3）为中间路由节点地址的坐标，（0，0）为目的节点地址的坐标，其与中间路由节点地址坐标的坐标差为（-3，-3）。当当前节点为（1，1）时，其与中间路由节点的坐标差为（2，2），与（-3，-3）符号都不一样，故不满足触发条件；当当前节点为（1，5）时，其与中间路由节点的坐标差为（2，-2），与（-3，-3）符号有一位一样，故满足触发条件；当当前节点为（5，5）时，其与中间路由节点的坐标差为（-2，-2），与（-3，-3）符号都一样，故满足触发条件；3、满足触发条件的数据包经过中间路由节点，从而加速中间路由的老化。路由算法的硬件电路包括：触发器、加法器和MUX。硬件木马的电路执行步骤如下如图4所示，n-1为符号位参与运算，1参与加法运算取反为减法运算，其流程如下：1、加法器进行地址坐标差运算，并将输出的符号进行异或运算。2、将异或运算结果输出加入MUX，输出中间路由节点坐标，参与路由算法运算。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对片上网络的硬件老化攻击方法，其特征在于，包括以下步骤：1）在片上网络的路由器中植入硬件木马；2）对每一个经过路由的数据包，路由中的硬件木马获取其目的节点地址；3）硬件木马的触发器通过路由算法，判断是否进行老化攻击。

【技术特征摘要】
1.一种针对片上网络的硬件老化攻击方法，其特征在于，包括以下步骤：1）在片上网络的路由器中植入硬件木马；2）对每一个经过路由的数据包，路由中的硬件木马获取其目的节点地址；3）硬件木马的触发器通过路由算法，判断是否进行老化攻击。2.根据权利要求1所述的硬件老化攻击方法，其特征在于，所述路由算法为对比当前节点地址与中间路由节点地址的坐标差和目的节点地址与中间路由节点地址的坐标差符号。3.根据权利要求1所述的硬件老化攻击方法，其特征在于，所述步骤3）的具体过程如下：对比当前节点地址与中间路由节点地址的坐标差和目的节点地址与中间路由节点地址的坐标差，如果两个坐标差的符号都相同，则说...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵胤源，王小航，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44