集成电路硬件安全关键技术研究

该项目属于系统安全与集成电路技术学科交叉领域。集成电路已广泛应用于工业生产、交通运输、移动通信、金融支付等众多关系国计民生的领域，成为中国信息化体系中的重要基础。由于信息产业构建在集成电路“硬件”之上，硬件一旦存在安全问题，造成的隐患和后果十分巨大。该项目紧扣“集成电路硬件安全”这一研究主题，以硬件安全威胁为主线，考虑资源受限的环境，开展物理不可克隆函数（PUF）、逻辑混淆、芯核（IP）水印等新型硬件安全技术研究，取得了国际领先的创新性学术成果：

1. 深入分析PUF结构，发现主流的RO PUF和Arbiter PUF不适用于FPGA芯片，提出一种专用于FPGA的PUF电路结构，被同行命名为“Zhang PUF”。横向对比实验显示其优于先前主流的RO PUF、Arbiter PUF、Butterfly PUF、CD PUF和Anderson PUF。深入研究PUF应用场景，发现PUF应用的局限性问题，提出第一个非加密的FPGA IP保护技术，被国内外同行跟进研究并应用于微流控生物芯片和神经网络IP保护等新领域。提出使用PUF电路抵抗代码重用攻击的新应用，被同行评价为第一个抗代码复用攻击以增强软件安全的PUF新应用。提出使用PUF抵抗FPGA位流重放攻击的新应用，弥补了水印、指纹和位流加密技术不能抵抗重演攻击的缺陷。

2. 深入研究集成电路逻辑混淆技术，发现混淆技术用于FPGA IP保护时存在开销过大、难以在实际电路中部署的问题，提出被国际同行命名为“固定逻辑混淆”的反逆向工程技术，将逻辑混淆的时延开销降为零、面积开销控制在1%左右。所提出的混淆技术，被众多国际知名课题组作为逻辑混淆技术的代表性工作与其进行横向对比分析。

3. 深入研究IP水印技术，发现IP水印技术存在降低设计性能、产生高硬件开销且嵌入的水印在低层次难以验证等问题，提出了零开销可验证的FPGA IP水印技术，成功将IP保护的成本降为零。进一步发现IP水印技术存在敏感信息易泄露且易受嵌入攻击，使得公开验证时无法防止非诚实IP验证者抵赖侵权，提出基于混沌的公开可验证FPGA IP水印检测协议，不仅能防止敏感信息泄漏而且能抵抗嵌入攻击，防止证明者、验证者或可信第三方的欺骗，被国际同行验证为迄今为止性能最优的公开验证FPGA IP水印技术。

该项目第一完成人相关研究成果（第一作者或通信作者）在IEEE TIFS、IEEE TCAD、DAC等国内外重要期刊和会议发表，其中IEEE Transactions 13篇，获授权中国发明专利3项。PUF领域发展近20年，第一完成人为大陆研究机构学者首次在DAC、IEEE-TIFS和IEEE-TCAD等CCF A类刊物发表该领域研究成果。8篇代表性论文Web of Science核心合集他引130次。研究成果被IEEE Fellow、权威杂志主编、领域知名学者高度评价：“当前第一个”、“性能最优”、“以作者姓氏命名PUF”等，在国内外产生了重要的学术影响。基于该项目研究成果，第一完成人获湖南省杰出青年基金资助、入选“湖湘青年英才”计划。

该项目属于系统安全与集成电路技术学科交叉领域。集成电路已广泛应用于工业生产、交通运输、移动通信、金融支付等众多关系国计民生的领域，成为中国信息化体系中的重要基础。由于信息产业构建在集成电路“硬件”之上，硬件一且存在安全问题，造成的隐患和后果十分巨大。该项目紧扣“集成电路硬件安全”这一研究主题，以硬件安全威胁为主线，考虑资源受限的环境，开展物理不可克隆函数(PUF)、逻辑混淆、芯核(IP)水印等新型硬件安全技术研究，取得了国际领先的创新性学术成果： 1)深入分析PUF结构，发现主流的RO PUF和Arbiter PUF不适用于FPGA芯片，提出一种专用于FPGA的PUF电路结构，被同行命名为“Zhang PUF”，横向对比实验显示其优于先前主流的RO PUF，Arbiter PUF、Butterfly PUF，CD PUF和Anderson PUF；深入研究PUF应用场景，发现PUF应用的局限性问题，提出第一个非加密的FPGA IP保护技术，被国内外同行跟进研究并应用于微流控生物芯片和神经网络IP保护等新领域；提出使用PUF电路抵抗代码重用攻击的新应用，被同行评价为第一个抗代码复用攻击以增强软件安全的PUF新应用；提出使用PUF抵抗FPGA位流重放攻击的新应用，弥补了水印、指纹和位流加密技术不能抵抗重演攻击的缺陷。 2)深入研究集成电路逻辑混淆技术，发现混淆技术用于FPGA IP保护时存在开销过大、难以在实际电路中部署的问题，提出被国际同行命名为“固定逻辑混淆”的反逆向工程技术，将逻辑混淆的时延开销降为零、面积开销控制在1%左右。所提出的混淆技术，被众多国际知名课题组作为逻辑混淆技术的代表性工作与其进行横向对比分析。 3)深入研究IP水印技术，发现IP水印技术存在降低设计性能、产生高硬件开销且嵌入的水印在低层次难以验证等问题，提出了零开销可验证的FPGA IP水印技术，成功将IP保护的成本降为零；进一步发现IP水印技术存在敏感信息易泄露且易受嵌入攻击，使得公开验证时无法防止非诚实IP验证者抵赖侵权，提出基于混沌的公开可验证FPGA IP水印检测协议，不仅能防止敏感信息泄漏而且能抵抗嵌入攻击，防止证明者、验证者或可信第三方的欺骗，被国际同行验证为迄今为止性能最优的公开验证FPGA IP水印技术。 该项目第一完成人相关研究成果(第一作者或通信作者)在IEEE TIFS、IEEE TCAD、DAC等国内外重要期刊和会议发表，其中IEEE Transactions13篇，获授权中国发明专利3项。PUF领域发展近20年，第一完成人为大陆研究机构学者首次在DAC、IEEE-TIFS和IEEE-TCAD等CCF A类刊物发表该领域研究成果。8篇代表性论文Web of Science核心合集他引130次。研究成果被IEEE Fellow、权威杂志主编、领域知名学者高度评价：“当前第一个”、“性能最优”、“以作者姓氏命名PUF”等，在国内外产生了重要的学术影响。基于该项目研究成果，第一完成人获湖南省杰出青年基金资助、入选“湖湘青年英才”计划。