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核心芯片安全缺陷仿真平台的研究与实现

作　者: 张洪波
导　师: 李清宝
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 芯片安全缺陷 威胁过程模型 控制逻辑型芯片 内嵌程序代码型芯片 仿真平台
分类号: TP309
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 36次
引　用: 1次
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内容摘要


现代信息产业的基础是电子设备,电子设备中核心因素是集成电路芯片,芯片是否存在安全性缺陷或攻击后门直接影响到信息系统的安全,因此开展芯片安全性缺陷或漏洞研究具有重要的现实意义。本文以国家“863”目标导向类课题“核心芯片安全缺陷发现及其逆向分析模拟仿真系统”的研究开发为背景,从芯片层面出发研究信息系统的安全问题,以现代电子设备中核心芯片内部的安全缺陷为研究对象,重点研究控制逻辑型芯片和内嵌程序代码型芯片内安全缺陷的工作机理,在此基础上设计实现了一种数字类核心芯片安全缺陷的仿真平台,并在此平台上对所研究芯片的安全性缺陷进行了仿真与测试。论文主要工作包括:1.从信息安全的角度出发,对比分析了芯片安全缺陷与软件病毒的异同,总结提炼出了芯片安全缺陷的主要特征。通过对芯片设计、制造、开发、应用等环节的分析,给出了集成电路芯片安全威胁的过程模型,理论上分析了利用芯片安全缺陷实施攻击的可行性。2.从现代电子系统架构和芯片安全性缺陷存在形式的角度将核心芯片分为控制逻辑型和内嵌程序代码型两大类。针对控制逻辑型芯片分别从组合逻辑和时序逻辑的角度深入研究了其内部安全缺陷的工作机理。对于内嵌程序代码型芯片则从代码执行的过程入手,系统研究了内嵌程序处理器和固件芯片执行程序代码的工作机制和内部安全缺陷诱发的工作机理。3.通过对核心芯片安全缺陷物理特性、触发方式、行为方式等的深入研究,提炼出了构建芯片内和芯片间安全缺陷仿真的平台构建的核心要素,在此基础上设计实现了基于PC架构的核心芯片安全缺陷仿真平台,并对核心芯片可能存在的安全性缺陷样例进行了仿真测试,验证了所述理论的正确性和仿真平台的有效性。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 课题研究背景  11-13
    1.1.1 IC是否存在安全性缺陷与信息安全息息相关  11-12
    1.1.2 基于IC的安全性研究是未来信息安全研究的重要方向  12-13
  1.2 论文研究目的和意义  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-15
  1.4 本文主要研究内容  15
  1.5 论文的组织结构  15-17
第二章 核心芯片安全缺陷理论研究  17-37
  2.1 芯片安全缺陷的内涵与特点  17-20
    2.1.1 芯片安全缺陷的基本概念  17-18
    2.1.2 芯片安全缺陷存在形式及特点  18-19
    2.1.3 与软件恶意代码和网络攻击对比分析  19-20
  2.2 芯片安全缺陷实施的可行性分析  20-23
    2.2.1 芯片设计制造流程的分析  20-21
    2.2.2 芯片安全缺陷威胁过程模型  21-23
  2.3 核心芯片安全缺陷的工作机理  23-35
    2.3.1 控制逻辑型芯片安全缺陷的工作机理  24-31
    2.3.2 内嵌程序代码型芯片安全缺陷的工作机理  31-35
  2.4 本章小结  35-37
第三章 核心芯片安全缺陷仿真平台结构研究  37-49
  3.1 仿真平台构建要素研究  37-44
    3.1.1 核心芯片安全缺陷分类  37-40
    3.1.2 构建核心芯片安全缺陷仿真平台的要素分析  40-44
  3.2 芯片安全缺陷仿真平台的系统结构  44-48
    3.2.1 已有仿真平台结构分析  44-46
    3.2.2 仿真平台结构设计  46-48
  3.3 其他芯片安全缺陷的研究  48
  3.4 本章小结  48-49
第四章 核心芯片安全缺陷仿真平台设计与实现  49-73
  4.1 接口控制逻辑设计与实现  49-51
    4.1.1 接口控制芯片的确定  49
    4.1.2 PCI9054 工作机制  49-50
    4.1.3 接口设计方案  50-51
  4.2 控制逻辑型芯片安全缺陷设置的设计与实现  51-61
    4.2.1 控制逻辑型芯片安全缺陷模块设计与实现  51-58
    4.2.2 控制逻辑型芯片安全缺陷实例设计  58-61
  4.3 内嵌程序代码型芯片安全缺陷设置的设计与实现  61-68
    4.3.1 内嵌程序代码型芯片安全缺陷模块设计与实现  61-65
    4.3.2 内嵌程序代码型芯片安全缺陷实例设计  65-68
  4.4 芯片间芯片安全缺陷的设计与实现  68-71
    4.4.1 总线仲裁控制设计  68-69
    4.4.2 芯片间安全缺陷的实例设计  69-71
  4.5 本章小结  71-73
第五章 核心芯片安全缺陷仿真与测试  73-79
  5.1 仿真与测试环境  73-74
  5.2 芯片安全缺陷的仿真  74-76
    5.2.1 基本功能模块测试  74-75
    5.2.2 芯片安全缺陷触发条件测试  75
    5.2.3 芯片安全缺陷仿真测试  75-76
  5.3 芯片安全缺陷隐蔽性测试及结果分析  76-78
    5.3.1 测试方法的选择  76-77
    5.3.2 测试方案  77-78
    5.3.3 测试结果分析  78
  5.4 本章小结  78-79
结束语  79-81
参考文献  81-85
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  85-86
致谢  86

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密
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