CN204269770U - 一种芯片安全性检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于产品检测技术领域，提供了一种芯片安全性检测系统，所述系统包括：传感器阵列探头；以及与传感器阵列探头连接的信号处理模块；与所述信号处理模块连接的示波器；与所述示波器连接的计算机。本实用新型通过改进传感器阵列探头，从而获得多个检测点，能够精确地获取芯片整体所泄露的信息。进一步地，通过配备与所述传感器阵列探头配套使用的CPU，实现了在不清楚芯片各模块结构的情况下，能够自动快速地定位最佳的信息泄露点，提高获取到的信息样本的信噪比，有助于芯片安全性的检测。进一步地，本实用新型还能够用于芯片的异常诊断。
Description
技术领域
本实用新型属于产品检测技术领域，尤其涉及一种芯片安全性检测系统。
背景技术
密码产品在实际使用过程中容易遭受侧信道攻击，该类攻击的基本思想是通过捕获芯片工作时的电流或者功耗变化、辐射出来的电磁信号、执行指令的时间等信息泄露，来获取芯片的敏感信息。本质上，这种攻击利用了两类能量功耗依赖性，即数据依赖性和操作依赖性。侧信道攻击所需要的设备成本低、攻击效果显著，严重威胁了密码设备的安全性。因此，生产厂商和产品质量检测机构会对密码产品的侧信道安全性进行分析和评估。
侧信道攻击的手段通常包括功耗中隐藏的重复信息攻击、功耗攻击、电磁辐射攻击等。按照对所得数据进行分析所使用的方法将侧信道攻击分为简单侧信道攻击和差分侧信道攻击。
简单侧信道攻击能通过直接测量密码系统在执行相关操作时的侧信道信息，通过特征分析获取设备执行的指令和使用的操作数，并确定加密算法操作的精确位置、操作流程和波形特征等信息，甚至可能恢复全部或部分密钥。
差分侧信道攻击通过对多次加密或者解密操作进行测量和数据采集，得到离散的能量消耗值，然后选择适当的分割函数，穷举相关子密钥的值，通过计算分割函数在取0和1时两个平均能量消耗的差值确定子密钥。随着数据采集量的增加，如果该差值趋近于零，说明子密钥选择错误；反之，子密钥选择正确。
在对芯片侧信道安全性评估的现有技术中，一种基于电压探头的功耗采集 平台的实现方法简单，成本低，是各高校实验室进行相关研究的首选，但是该方法功能单一，只能评估功耗信息的泄露，并且所采集到的功耗信息的信噪比不高。而一种带有电磁感应线圈的电磁探头能够同步采集运行时的电磁辐射泄露，并开展电磁辐射侧信道分析。但是由于不同芯片的算法模块或者CPU模块的位置是不固定的，如果使用线圈较大的电磁探头则所采集到的信号信噪比很低，而使用线圈较小的电磁探头则需要手动逐点寻找最佳的信息泄露点，操作起来很不方便，难以快速定位到最佳的信息泄露点。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种基于传感器阵列探头的芯片安全性检测系统，以实现在不清楚芯片各模块结构的情况下，能够自动快速地定位最佳的信息泄露点，提高获取到的信息样本的信噪比，以及对芯片的异常问题进行诊断。
本实用新型实施例是这样实现的，一种芯片安全性检测系统，所述系统包括：
传感器阵列探头；以及
与传感器阵列探头连接的信号处理模块；
与所述信号处理模块连接的示波器；
与所述示波器连接的计算机。
其中，所述传感器阵列探头与待检测芯片贴近的一面上设置有多个传感器，所述多个传感器按一定的规则进行排列。
进一步地，所述传感器为信号采集电路的微型结构。
进一步地，所述传感器为电磁传感器、光子传感器或者温度传感器。
进一步地，所述传感器阵列探头还包括放大电路；所述放大电路的数量与传感器的数量相同；
每个放大电路分别与一个传感器连接。
进一步地，所述传感器阵列探头还包括滤波电路；所述滤波电路的数量与 传感器的数量相同；
所述滤波电路的一端与一个放大电路连接，另一端与信号处理模块连接。
进一步地，包括有源放大器和电源适配器；
所述有源放大器与传感器连接；
所述电源适配器与所述有源放大器连接。
进一步地，所述计算机与示波器之间通过USB或者网线建立连接及传输数据；
所述传感器阵列探头与示波器之间通过多通路数据线建立连接和传输数据。
本实用新型实施例通过改进传感器阵列探头，使其与待检测芯片贴近的一面上按一定规则设置多个传感器，这些传感器体积小且精度高，从而形成多个检测点。改进后的传感器阵列探头能够精确地采集待检测芯片整体所泄露的信息样本，并通过计算机的CPU自动匹配实现快速定位最佳的信息泄露点。进一步地所述传感器阵列探头采集到的信息样本还经过放大电路和滤波电路的处理，从而提高了所采集到的信息样本的信噪比，有助于提高芯片安全性分析的效率。进一步地，本实用新型所提供的系统还能够在不破坏待检测芯片的情况下诊断待检测芯片在运行中的异常问题，以便于检测人员快速查找出问题的位置以及类别。
附图说明
图1是本实用新型实施例一提供的芯片安全性检测系统的结构图；
图2是本实用新型实施例一提供的芯片安全性检测系统中传感器阵列探头的工作原理框图；
图3是本实用新型实施例二提供的芯片安全性检测系统的结构图；
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例通过改进传感器阵列探头，使其与待检测芯片贴近的一面上按照一定规则设置多个传感器，这些传感器体积小且精度高，从而形成多个检测点。改进后的传感器阵列探头能够精确地采集待检测芯片整体所泄露的信息样本，并通过计算机的CPU自动匹配实现快速定位最佳的信息泄露点。进一步地所述传感器阵列探头采集到的信息样本还经过放大电路和滤波电路的处理，从而提高了所采集到的信息样本的信噪比，有助于提高芯片安全性分析的效率。进一步地，本实用新型所提供的系统还能够在不破坏待检测芯片的情况下诊断待检测芯片在运行中的异常问题，以便于检测人员快速查找出问题的位置以及类别。
实施例一
图1示出了本实用新型实施例提供的芯片安全性检测系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
芯片安全性检测系统1包括传感器阵列探头11、信号处理模块12、示波器13以及计算机14。
其中，所述传感器阵列探头11用于通过贴近上电运行的待检测芯片表面以采集待检测芯片泄露的信息样本。
在本实施例中，所述传感器阵列探头11在与待检测芯片贴近的一面上设置有多个传感器，所述传感器按照一定的规则进行排列。作为本实用新型的一个实施示例，所述传感器可以按照M×N的点阵列进行排列。所述传感器优选为体积小且精度高的微型传感器，或者为传统信号采集电路的微型结构。在条件允许的情况下，通过使用微型传感器，从而使得传感器之间的间隔足够的小，以形成更多的检测点。组成所述传感器阵列探头的传感器优选为电磁传感器、光子传感器或者温度传感器。凡是同待检测芯片运行相关的信息泄露形式，都可 以考虑使用相应的传感器来构造出所述传感器阵列探头。示例性的，当待检测芯片所泄露的信息为电磁信息时，则所述传感器优选为电磁传感器；当待检测芯片所泄露的信息为光电信息时，则所述传感器优选为光子传感器；以及，当待检测芯片所散发的信息为热量信息时，则所述传感器优选为温度传感器。
进一步地，所述传感器阵列探头11还包括放大电路。所述放大电路的数量和传感器相同。一个放大电路对应与一个传感器连接，用于对传感器采集到的信号样本进行放大处理。若放大电路采用有源的放大器，则需要配置相应的电源适配器。
作为本实用新型的一个实施示例，图2示出了本实用新型实施例提供的芯片安全性检测系统中传感器阵列探头的工作原理。
如图2所示，待检测芯片21为密码产品的芯片；传感器阵列探头11包括传感器阵列111和放大电路112。待检测芯片上电运行后，传感器阵列探头靠近待检测芯片的表面，通过各个传感器采集对应点上该待检测芯片所泄露的信号样本。所述信号样本再传到放大电路进行放大处理。所述放大电路采用有源放大器，并且配备电源适配器113来提供稳定的电源，以保障信号放大的质量。
进一步地，所述阵列传感器探头11还包括滤波电路。所述滤波电路的个数和传感器相同。因此，每一个传感器带一个放大电路和滤波电路。所述滤波电路一端与放大电路连接，另一端与信号处理模块连接，用于滤除传感器采集到的信号样本中的噪声。
作为本实用新型的一个实施示例，所述传感器作为电磁传感器，可以是具有电磁流量感应功能的传感器，也可以是用微纳米技术制作的带感应线圈的传统电磁探头的微型形式。在各传感器的后端设置具有金属纳米结构图样的滤波器，以提高传感器所采集到的电磁信号的信噪比。
所述信号处理模块12与所述传感器阵列探头11连接，用于对传感器阵列探头传递过来的信号进行处理，包括对该信号的噪声或者载波进行消除，并对处理后的信号进行进一步的放大，从而提升信号质量，提高芯片安全性分析的 效率。进一步地，所述模块还能够对信号自动进行选择输出。示例性的，所述信号处理模块可以从传感器阵列探头传输过来的多路信号中，选择波形幅度较大的若干路信号传输到示波器进行显示，以提高对芯片安全性分析的效率。
所述示波器13与所述信号处理模块12连接，用于显示电压信号。在本实施例中，由于传感器阵列探头采集到待检测芯片所泄露的多路信号样本(即光强或者磁流量)，并且能够将其转化成电压波动的信号，再传输到信号处理模块进行处理；信号处理模块再将经过处理的多路信号样本(即电压波动的信号)传输到示波器；所述示波器能够将所述电压波动的信号进行显示，并通过数据线传输给计算机，以方便CPU进行分析处理与存储。
所述计算机14与所述示波器13连接，并且设置有与所述传感器阵列探头配套使用的CPU。所述计算机14接收到示波器发送的信号样本后，对所述信号样本进行显示；并通过CPU对所述信号样本的波形以及数据进行统计分析，从而获得关于待检测芯片安全性的分析结果，并对所述分析结果进行图形化处理，显示所述图形化处理后的分析结果，以使得检测人员能够直观地获得待检测芯片安全性的信息。进一步地，所述计算机的CPU还能够从所述多路信号样本中自动辨别出具有最佳信息量的数据通路，即自动寻找出最佳信息泄露点。进一步地，通过所述计算机的CPU对传感器阵列探头返回的多路信息样本进行分析，还可以实现在不破坏待检测芯片的情况下诊断待检测芯片在运行中的异常问题，以便于检测人员快速查找出问题的位置以及类别。
本实用新型实施例通过改进传感器阵列探头，使其与待检测芯片贴近的一面上按照一定规则排列着多个传感器，这些传感器体积小且精度高，从而形成多个检测点。改进后的传感器阵列探头能够精确地采集待检测芯片整体所泄露的信息样本，并通过计算机的CPU自动匹配实现快速定位最佳的信息泄露点。进一步地所述放大电路和滤波电路还能够对传感器阵列探头采集到的信息样本进行处理，从而提高了所采集到的信息样本的信噪比，有助于提高芯片安全性分析的效率。进一步地，本实用新型所提供的系统还能够在不破坏待检测芯片 的情况下诊断待检测芯片在运行中的异常问题，以便于检测人员快速查找出问题的位置以及类别。
实施例二
图3示出了本实用新型实施例二提供的芯片安全性检测系统的结构。为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
所述芯片安全性检测系统包括传感器阵列探头11、示波器13以及计算机14。待检测芯片21为密码产品2的芯片。
所述传感器阵列探头在与待检测芯片贴近的一面上按照一定规则设置有多个传感器，所述传感器按照M×N的点阵列进行排列。所述传感器优选为体积小且精度高的微型传感器，从而使得传感器之间的间隔足够的小，以形成多个检测点。传感器阵列探头贴近待检测芯片，其上的每一个传感器都能采集到一路信息样本，从而使得传感器阵列探头能采集到待检测芯片整体所泄露的多路信息样本。
优选地，所述传感器阵列探头11还包括放大电路和滤波电路，所述放大电路和滤波电路的个数与传感器的个数相同。每一个放大电路分别与一个传感器连接。每一个滤波电路的一端与一个放大电路连接，另一端与信号处理模块连接。所述放大电路用于对传感器采集到的信号样本进行放大处理。所述滤波电路用于滤除传感器采集到的信号样本中的噪声。
所述传感器阵列探头11与示波器13之间采用多通路数据线建立连接和传输数据。所述多通路数据线用于将传感器阵列探头采集到的多路信号样本传输到示波器进行显示。所述示波器为同步触发示波器。
所述计算机14与密码产品之间使用USB或者串口线建立连接和收发指令。
所述计算机14与示波器13之间通过USB或者网线建立连接和传输数据。所述网线可以为双绞线、同轴电缆或者光缆。
所述计算机14上设置有与所述传感器阵列探头配套使用的CPU。所述CPU 能够对多路信号样本进行图形化处理，以及从所述多路信号样本中辨别出具有最佳信息量的数据通路以实现最佳信息泄露点的定位。
以下给出图3实施例所述的芯片安全性检测系统的具体应用场景。
在进行芯片的安全性检测时，所述检测过程具体为：
1、传感器阵列探头贴近正在运行的待检测芯片表面，以采集待检测芯片所泄露的信息样本。
2、传感器阵列探头内部的放大电路对所述信息样本进行放大，滤波电路对所述放大后的信息样本进行过滤。
3、所述经过放大和滤波处理后的信息样本传输到同步触发示波器。
4、所述同步触发示波器接收所述经过放大和滤波处理的信息样本，并显示所述信息样本的电压波形，同时将所述信息样本传输到计算机。
5、所述计算机接收所述信息样本，并通过CPU对所述信息样本进行图形化处理，显示所述经过图形化处理后的信息样本，并从所述多路信息样本中辨别出具有最佳信息量的数据通路，以实现最佳信息泄露点的定位。
通过计算机内部的CPU对同步触发器传输过来的信号样本进行图形化处理并显示，从而使得检测人员能够通过直接观察或者数据统计等手段获取芯片的相关信息，提升了用户体验。
本实用新型实施例通过改进传感器阵列探头，使其与待检测芯片贴近的一面上按照一定规则排列着多个传感器，这些传感器体积小且精度高，从而形成多个检测点。改进后的传感器阵列探头能够精确地采集待检测芯片整体所泄露的信息样本，并通过计算机的CPU自动匹配实现快速定位最佳的信息泄露点。进一步地所述放大电路和滤波电路能够对传感器阵列探头采集到的信息样本进行处理，从而提高了所采集到的信息样本的信噪比，有助于提高芯片安全性分析的效率。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。 例如，各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。再例如，所述传感器为信号采集电路的微型结构，包括但不限于电磁传感器、光子传感器、温度传感器，凡是同芯片运行相关的信息泄露形式，都可以考虑采用相应的传感器来构造该类的探头。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种芯片安全性检测系统，其特征在于，所述系统包括：
传感器阵列探头；以及
与传感器阵列探头连接的信号处理模块；
与所述信号处理模块连接的示波器；
与所述示波器连接的计算机。
其中，所述传感器阵列探头与待检测芯片贴近的一面上设置有多个传感器，所述多个传感器按一定的规则进行排列。
2.如权利要求1所述的芯片安全性检测系统，其特征在与，所述传感器为信号采集电路的微型结构。
3.如权利要求1所述的芯片安全性检测系统，其特征在于，所述传感器为电磁传感器、光子传感器或者温度传感器。
4.如权利要求1所述的芯片安全性检测系统，其特征在于，所述传感器阵列探头还包括放大电路；所述放大电路的数量与传感器的数量相同；
每个放大电路分别与一个传感器连接。
5.如权利要求1所述的芯片安全性检测系统，其特征在于，所述传感器阵列探头还包括滤波电路；所述滤波电路的数量与传感器的数量相同；
所述滤波电路的一端与一个放大电路连接，另一端与信号处理模块连接。
6.如权利要求4所述的芯片安全性检测系统，其特征在于，所述放大电路包括有源放大器和电源适配器；
所述有源放大器与传感器连接；
所述电源适配器与所述有源放大器连接。
7.如权利要求1所述的芯片安全性检测系统，其特征在于，所述计算机与示波器之间通过USB或者网线建立连接及传输数据。
8.如权利要求1所述的芯片安全性检测系统，其特征在于，所述传感器阵列探头与示波器之间通过多通路数据线建立连接和传输数据。
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