基于循环复位的安全芯片防光子探测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于循环复位的安全芯片防光子探测方法，包括：在芯片未使用密钥时，密钥使用通路所有敏感逻辑门均进行长时间循环0/1复位赋值，当芯片使用密钥时，密钥使用通路切换至输入密钥，由于密钥使用通路所有敏感逻辑门的敏感晶体管循环进行光子辐射，在不同的输入密钥情况下对外呈现是相同的积分光子辐射图像，攻击者无法根据光子辐射图像判断逻辑门的最终状态，从而确保芯片不被光电探测所破解。破解。破解。

【技术实现步骤摘要】
基于循环复位的安全芯片防光子探测方法


[0001]本专利技术涉及信息安全
，具体为一种基于循环复位的安全芯片防光子探测方法。

技术介绍

[0002]现今，安全芯片除了面临来自反向工程、探针探测等侵入式攻击的威胁，还易受电磁分析、光分析等半侵入式攻击。其中光分析主要是通过检测逻辑门在翻转的过程中是否出现光子辐射来判断逻辑门的最终状态。当晶体管进入饱和区时，沟道没有完全延伸至漏极，而是在靠近漏极的区域出现空间电荷区，由于空间电荷区的电场强度比较高，当载流子通过空间电荷区的时候，高电场在对载流子进行加速的同时会发射出光子。且由于NMOS管中载流子的迁移率比PMOS管大，因而只需检测逻辑门中NMOS管所在区域是否出现光子辐射来判断该NMOS是否进入饱和区，若是同时结合逻辑门之前的状态，就可以判断出逻辑门最终的状态。以反相器为例，如附图1所示，如果反相器输入A在电路复位后的状态为“0”，当A翻转为“1”的过程中，MN1将由截止区先进入饱和区，最终进入线性区，因而MN1管在A由“0”翻转为“1”的过程中经历了饱和区，将辐射出光子。因此，A最终的状态可以根据NMOS管MN1区域是否检测到光子辐射来确定：若检测到光子辐射，那么A最终的状态为“1”，否则，A最终的状态为“0”。
[0003]虽然在实际电路中晶体管光子辐射概率较低，但对敏感晶体管采用长时间积分的方式多次累积统计光子辐射情况可以非常有效地进行光分析破解。
[0004]可以看出，即使不直接破解密钥存储电路，通过对使用密钥的数字电路(比如寄存器或者组合逻辑门)进行长时间光分析，攻击者也可以获取最终的密钥。虽然对于芯片而言，其覆盖于晶体管上面的多层金属互连线会在一定程度上吸收和反射一部分晶体管发射的光子，从而会降低光分析的危险性，但是光子辐射仍然无法完全消除，此外，更危险的是，由于芯片衬底方向无任何金属互连线，攻击者可以在芯片衬底方向对晶体管进行光分析，使得安全芯片有非常大的被光分析破解的风险。
[0005]为此，为了避免光分析对安全芯片造成的威胁，本专利技术提出了一种循环复位技术，通过对逻辑门的初始状态多次、0/1循环复位，所有晶体管长时间积分情况下均对外呈现光子辐射，从而使攻击者无法根据晶体管是否辐射光子来判断逻辑门的最终状态。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对
技术介绍
所述问题，提供一种基于循环复位的安全芯片防光子探测方法，即在芯片未使用密钥时，密钥使用通路所有敏感逻辑门均进行长时间0/1循环复位赋值，当芯片使用密钥时，密钥使用通路切换至输入密钥。由于密钥使用通路所有敏感逻辑门的敏感晶体管循环进行光子辐射，在不同的输入密钥情况下对外呈现是相同的积分光子辐射图像，攻击者无法根据光子辐射图像判断逻辑门的最终状态，以确保芯片不被光电探测所破解。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用以下方案：
[0008]一种基于循环复位的安全芯片防光子探测方法，其特征在于包括以下步骤：芯片未使用密钥时，密钥不接入密钥使用通路，而将循环变化的0/1作为密钥输入密钥使用通路，密钥使用通路所有的敏感逻辑门均进行长时间循环0/1复位赋值，敏感逻辑门的敏感晶体管不停地进入饱和区，长时间积分情况下对外呈现相同的光子辐射状态，无法根据光子辐射情况判断敏感逻辑门的初始状态；当芯片使用密钥时，密钥接入密钥使用通路，所有敏感逻辑门切换至正常工作状态；由于初始态未知，攻击者无法根据晶体管是否辐射光子来判断逻辑门的最终状态，进而无法获取安全芯片的密钥。
[0009]所述循环变化的0/1变化频率与密钥使用通路的敏感逻辑门中的晶体管光子辐射概率乘积大于1，以使单位时间内晶体管辐射的光子数足够大，能够被有效捕捉。
[0010]所述输入至密钥使用通路的循环变化的0/1和密钥是无缝切换的，未使用密钥时，密钥使用通路输入循环变化的0/1，使用密钥时，密钥使用通路的输入立即切换至输入密钥。
[0011]所述密钥使用通路是指所有与密钥直接或者间接相连的逻辑电路，当密钥发生改变时，这些逻辑电路状态也发生变化。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术采用高频率的循环变化的0/1数据代替输入密钥对密钥使用电路进行循环0/1复位赋值，使得芯片未使用密钥时，密钥使用通路的敏感逻辑门中敏感晶体管对外呈现相同的积分光子辐射情况；当芯片使用密钥时，输入密钥快速输入至密钥使用电路，不管输入密钥的值如何，此时敏感晶体管仍然对外呈现相同的积分光子辐射情况，从而使得攻击者根据光子辐射情况推断出逻辑门的最终状态，即无法获取安全芯片的密钥值。这种基于循环0/1复位的安全芯片防光子探测方法能有效抵御光子辐射分析，充分保证芯片的安全性。
附图说明
[0014]图1为反相器的敏感逻辑门中的晶体管光子辐射示意图。
[0015]图2为本专利技术的D触发器循环0/1复位示意图。
具体实施方式
[0016]以下结合附图和具体实施实例对本专利技术进行进一步说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，凡在本专利技术的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本专利技术的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。
[0017]以反相器为例，如附图1所示，如果反相器输入A在电路复位后的状态为“0”，当A翻转为“1”的过程中，MN1将由截止区先进入饱和区，最终进入线性区，因而MN1管在A由“0”翻转为“1”的过程中经历了饱和区，将辐射出光子。因此，A最终的状态可以根据NMOS管MN1区域是否检测到光子辐射来确定：若检测到光子辐射，那么A最终的状态为“1”，否则，A最终的状态为“0”。
[0018]实施实例：本专利技术一种实施实例如附图2所示，密钥使用通路的输入信号由使能信号EN控制，当芯片未使用密钥时，EN为1，循环变化的0/1信号接入密钥使用通路的输入端；循环变化的0/1信号由时钟经过二分频得到，由于此时输入信号不断在0和1之间进行循环变化，密钥使用通路中与输入信号直接相关或者间接相关的敏感逻辑门输入不断进行变化，使得敏感逻辑门内的敏感晶体管不断进行辐射光子；以密钥使用通路中与输入信号直接相连的反相器为例，由于反相器内的NMOS晶体管栅极不断在0和1之间进行循环变化，该NMOS晶体管不断进入饱和区，每次进入饱和区都将有一定概率对外辐射出光子。若循环变化的0/1变化频率与密钥使用通路的敏感逻辑门中的晶体管光子辐射概率乘积大于1，也即循环变化的0/1变化频率大于晶体管光子辐射概率的倒数，则在单位时间内该晶体管对外辐射光子数大于1，长时间积分情况下，对外呈现足够有效分辨的光子辐射图像，该图像与芯片原始输入密钥无关，且每次未使用密钥时都将呈现。
[0019]当芯片需要使用输入密钥时，EN为0，输入密码接入到密钥使用通路的输入端，电路正常进行工作。此时，即使在切换瞬间由于输入密钥的值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于循环复位的安全芯片防光子探测方法，其特征在于包括以下步骤：芯片未使用密钥时，密钥不接入密钥使用通路，而将循环变化的0/1作为密钥输入密钥使用通路，密钥使用通路所有的敏感逻辑门均进行长时间循环0/1复位赋值，敏感逻辑门的敏感晶体管不停地进入饱和区，长时间积分情况下对外呈现相同的光子辐射状态，无法根据光子辐射情况判断敏感逻辑门的初始状态；当芯片使用密钥时，密钥接入密钥使用通路，所有敏感逻辑门切换至正常工作状态；由于初始态未知，攻击者无法根据晶体管是否辐射光子来判断逻辑门的最终状态，进而无法获取安全芯片的密钥。2.根据权利要求1所述的一种基于循环复位的安全芯片防光子探测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：童元满，戴葵，
申请(专利权)人：北京安信智芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：