基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路生成方法技术

本发明专利技术涉及适用于芯片顶层有源金属屏蔽层布线结构生成，为提出一种随机哈密顿回路生成算法，可以在较短时间生成随机哈密顿回路，提升随机哈密顿回路屏蔽层的适用性。本发明专利技术，基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路生成方法，步骤如下：1)初始时刻，确定人工鱼数目；2)初始鱼群形成；3)饵料投放；4)初始活跃鱼群形成；5)公告板赋初值1；6)追尾行为；7)觅食行为；8)公告板判断；9)由此继续，获得一条经过所有格点的随机哈密顿回路，算法结束。本发明专利技术主要应用于芯片顶层有源金属屏蔽层布线结构生成场合。

A method of generating random Hamiltonian loop based on artificial fish swarm algorithm

The invention relates to the generation of the wiring structure of the active metal shielding layer suitable for the chip top layer, so as to propose a random Hamiltonian loop generation algorithm, which can generate random Hamiltonian circuit in a relatively short time, and enhance the applicability of the shielding layer of the random Hamiltonian circuit. The present invention, step random Hamiltonian circuit generation method based on artificial fish swarm algorithm is as follows: 1) the initial time, determine the number of artificial fish; 2) the initial formation of fish; 3) bait delivery; 4) the initial active fish formation; 5) bulletin board initialization 1; 6) the following behavior; foraging behavior; 8) 7) bulletin board judgment; 9) thus continue to get a random point after possessive Hamiltonian circuit, the algorithm terminates. The invention is mainly applied to the generation of the wiring structure of the active metal shield layer on the top layer of the chip.

【技术实现步骤摘要】
基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路生成方法
本专利技术涉及适用于芯片顶层有源金属屏蔽层布线结构生成，涉及一种基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路拓扑结构屏蔽层生成算法。
技术介绍
随着微电子技术和物理攻击技术的进步，以聚焦离子束(FocusedIonbeam,FIB)、微探针等为代表的侵入式攻击，对芯片的信息安全构成了严重的威胁。针对聚焦离子束攻击，现有的防御方法主要采用顶层金属屏蔽层。顶层金属屏蔽层采用一层金属走线，遮蔽金属层下方器件及连线，同时，通过某种方式检测金属走线是否完整，当攻击者通过FIB对金属线进行修改时，可以立即识别出金属走线发生变化，从而识别出FIB攻击。顶层金属屏蔽层最重要的部分即为金属走线，金属走线图形拓扑结构种类繁多，而以随机哈密顿回路作为基本结构的有源迷惑防护层，因其图形拓扑结构复杂，难于识别，是安全系数较高的防护层图形结构。法国Secure-IC公司的SebastienBriais在文献《3Dhardwarecanaries》中提出一种适用于防护层的随机哈密顿回路生成算法，称之为循环合并算法(CycleMerging，CM)。但该算法只能适用于小规模随机哈密顿回路生成，使用受到局限。参考文献1.BriaisS,CaronS,CioranescoJM,etal.3Dhardwarecanaries[M].CryptographicHardwareandEmbeddedSystems–CHES2012.SpringerBerlinHeidelberg,2012:1-22.2.李晓磊,钱积新.人工鱼群算法:自下而上的寻优模式[C]//过程系统工程2001年会论文集.2001。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种随机哈密顿回路生成算法，可以在较短时间生成随机哈密顿回路，提升随机哈密顿回路屏蔽层的适用性。本专利技术采用的技术方案是，基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路生成方法，步骤如下：1)初始时刻，确定人工鱼数目，并使所有人工鱼个体都均匀的分布于格点上，形成点阵，图中每个黑点代表一条人工鱼个体。人工鱼行数目和列数目需为偶数；2)初始鱼群形成：相邻的四条鱼个体，发生聚群行为，形成初始鱼群，对所有初始鱼群编号，并记录初始鱼群总数N，由于未投入饵料，故所有鱼群活跃度S为0，各鱼群都在各自位置活动，鱼群间不发生聚群行为；3)饵料投放：在初始鱼群中，任意选择一个鱼群，记该鱼群为M，在其中心位置投放饵料，图中以虚线框表示鱼群M，由于在鱼群M中心处投放了饵料，该鱼群发现饵料，向饵料靠近，活跃度上升为1；4)初始活跃鱼群形成。鱼群M开始分食饵料，活跃度进一步增加，即SM＝2；5)公告板赋初值1；6)追尾行为：活跃度S由1上升为2的鱼群，会影响其周围相邻的鱼群，使这些鱼群进行追尾行为，活跃度S由0上升为1；7)觅食行为：活跃度S为1的鱼群，离饵料中心很近，将会发生觅食行为，随机选取其中一个鱼群，执行觅食行为，执行觅食行为的鱼群将会与原活跃度为2的鱼群合并为一个大鱼群，共同分食饵料，由于该随机选取的鱼群也获得饵料，活跃度S由1上升为2；8)公告板判断：计算活跃度S为2的鱼群数目n，写入公告板，若该鱼群数目n小于初始鱼群数目N，则进行步骤6；否则所有初始鱼群都合并形成一个鱼群，执行步骤9；9)由此继续，算法依次执行追尾行为、觅食行为、公告板判断三个步骤，直到公告板判断时，公告板数据刚好等于初始鱼群数目N，证明所有初始鱼群都获得饵料，活跃度都为2；所有初始鱼群都合并形成一组鱼群，共同进食，此时，获得一条经过所有格点的随机哈密顿回路，算法结束。本专利技术的特点及有益效果是：本专利技术可以在短时间生成随机哈密顿回路，加快了防护层拓扑结构的生成速率，降低了防护层生成的时间成本，提升了随机哈密顿回路屏蔽层的适用范围。附图说明：图1初始人工鱼个体示意图。图2聚群行为后初始人工鱼群示意图。图3投入饵料后鱼群活跃度示意图。图4鱼群觅食后活跃度示意图。图5追尾行为后活跃度示意图1。图6觅食行为后活跃度示意图1。图7追尾行为后活跃度示意图2。图8觅食行为后活跃度示意图2图9人工鱼群最终分布示意图。具体实施方式本专利技术提出一种随机哈密顿回路生成方法，该方法基于人工鱼群算法思想，可以快速获得矩形规则点阵的随机哈密顿回路。人工鱼群算法由李晓磊于2001年提出，是一种基于动物行为的人工智能优化算法，是集群智能思想的一个具体应用。通过构建人工鱼，并模拟鱼类的一些行为，最终获得某一类问题的解。为便于后文叙述，现对人工鱼群算法的相关名词作简要说明。觅食行为：当鱼群发现食物时，会向着食物方向游动。聚群行为：鱼在游动过程中，会自然的聚集成群。追尾行为：当鱼群中某条鱼发现食物时，临近鱼会尾随其到达食物点。公告板：算法中设立公告板来记录最优状态，若鱼群在行动后当前状态优于公告板，则用自身状态取代公告板状态。活跃度：活跃度为本专利提出的评价人工鱼当前所处状态的参数，以S代表活跃度，活跃度的有效值为0、1、2。本专利技术提出的基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路生成算法，其算法框架如下所示，算法生成过程示意图如图1-9所示。基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路生成算法步骤如下：1)初始时刻，确定人工鱼数目，并使所有人工鱼个体都均匀的分布于格点上，形成如图1所示的点阵，图中每个黑点代表一条人工鱼个体。人工鱼行数目和列数目需为偶数。2)初始鱼群形成。相邻的四条鱼个体，发生聚群行为，形成初始鱼群，如图2所示(图中以点虚线框表示)。对所有初始鱼群编号，并记录初始鱼群总数N。由于未投入饵料，故所有鱼群活跃度S为0，各鱼群都在各自位置活动，鱼群间不发生聚群行为。3)饵料投放。在初始鱼群中，任意选择一个鱼群，记该鱼群为M，在其中心位置投放饵料。如图3所示，图中以虚线框表示鱼群M，由于在鱼群M中心处投放了饵料，该鱼群发现饵料，向饵料靠近，活跃度上升为1。4)初始活跃鱼群形成。鱼群M开始分食饵料，活跃度进一步增加，即SM＝2。如图4所示，图中以实线框表示鱼群M。5)公告板赋初值1。6)追尾行为。活跃度S由1上升为2的鱼群，会影响其周围相邻的鱼群，使这些鱼群进行追尾行为，活跃度S由0上升为1。如图5所示。7)觅食行为。活跃度S为1的鱼群，离饵料中心很近，将会发生觅食行为。随机选取其中一个鱼群，执行觅食行为。执行觅食行为的鱼群将会与原活跃度为2的鱼群合并为一个大鱼群，共同分食饵料。由于该随机选取的鱼群也获得饵料，活跃度S由1上升为2，如图6所示。8)公告板判断。计算活跃度S为2的鱼群数目n，写入公告板。若该鱼群数目n小于初始鱼群数目N，则进行步骤6；否则所有初始鱼群都合并形成一个鱼群(如图9所示)，执行步骤9。9)求解结束，算法终止。现结合图1至图9，通过具体实施例对该算法实施过程进行详细阐述。初始时刻，所有鱼个体都以单独鱼个体的形式均匀的分布于格点上，形成如图1所示的点阵，图中每个黑点代表一条人工鱼个体。通过调节人工鱼个体数目，即调节黑点的行数目或列数目，可以调节最终形成的哈密顿回路尺寸。但需注意，行数目和列数目需为偶数。此处，共10行10列人工鱼。之后，相邻的四条鱼个体，由于聚群行为，相互靠拢形成初始鱼群，如图2所示，图中以点虚线框表示各初始鱼群。对所有初始鱼群编号，并记录初本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路生成方法，其特征是，步骤如下：1)初始时刻，确定人工鱼数目，并使所有人工鱼个体都均匀的分布于格点上，形成点阵，图中每个黑点代表一条人工鱼个体，人工鱼行数目和列数目需为偶数；2)初始鱼群形成：相邻的四条鱼个体，发生聚群行为，形成初始鱼群，对所有初始鱼群编号，并记录初始鱼群总数N，由于未投入饵料，故所有鱼群活跃度S为0，各鱼群都在各自位置活动，鱼群间不发生聚群行为；3)饵料投放：在初始鱼群中，任意选择一个鱼群，记该鱼群为M，在其中心位置投放饵料，图中以虚线框表示鱼群M，由于在鱼群M中心处投放了饵料，该鱼群发现饵料，向饵料靠近，活跃度上升为1；4)初始活跃鱼群形成：鱼群M开始分食饵料，活跃度进一步增加，即SM＝2；5)公告板赋初值1；6)追尾行为：活跃度S由1上升为2的鱼群，会影响其周围相邻的鱼群，使这些鱼群进行追尾行为，活跃度S由0上升为1；7)觅食行为：活跃度S为1的鱼群，离饵料中心很近，将会发生觅食行为，随机选取其中一个鱼群，执行觅食行为，执行觅食行为的鱼群将会与原活跃度为2的鱼群合并为一个大鱼群，共同分食饵料，由于该随机选取的鱼群也获得饵料，活跃度S由1上升为2；8)公告板判断：计算活跃度S为2的鱼群数目n，写入公告板，若该鱼群数目n小于初始鱼群数目N，则进行步骤6；否则所有初始鱼群都合并形成一个鱼群，执行步骤9；9)由此继续，算法依次执行追尾行为、觅食行为、公告板判断三个步骤，直到公告板判断时，公告板数据刚好等于初始鱼群数目N，证明所有初始鱼群都获得饵料，活跃度都为2；所有初始鱼群都合并形成一组鱼群，共同进食，此时，获得一条经过所有格点的随机哈密顿回路，算法结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于人工鱼群算法的随机哈密顿回路生成方法，其特征是，步骤如下：1)初始时刻，确定人工鱼数目，并使所有人工鱼个体都均匀的分布于格点上，形成点阵，图中每个黑点代表一条人工鱼个体，人工鱼行数目和列数目需为偶数；2)初始鱼群形成：相邻的四条鱼个体，发生聚群行为，形成初始鱼群，对所有初始鱼群编号，并记录初始鱼群总数N，由于未投入饵料，故所有鱼群活跃度S为0，各鱼群都在各自位置活动，鱼群间不发生聚群行为；3)饵料投放：在初始鱼群中，任意选择一个鱼群，记该鱼群为M，在其中心位置投放饵料，图中以虚线框表示鱼群M，由于在鱼群M中心处投放了饵料，该鱼群发现饵料，向饵料靠近，活跃度上升为1；4)初始活跃鱼群形成：鱼群M开始分食饵料，活跃度进一步增加，即SM＝2；5)公告板赋初值1；6)追尾行为：活跃度S由1上升为2的鱼...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅强，辛睿山，王佳，李跃辉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12