فهرست مطالب:

چکیده
۱  مقدمه

۱  ۱ صورت مسئله
۲  ۱  تشخیص و آشکار سازی Trojan : تکنیکی جدید

۲  Trojan و نشت از کانال جانبی

۱  ۲ آشکارسازی Trojan از طریق تحلیل ساده کانال جانبی

۳  نظریه تشخیص و آشکارسازی Trojan
۴  راه اندازی آزمایش

۱  ۴ IC های بکار رفته در تحلیل
۱  ۱  ۴ مدارهای RSA
۲  ۱  ۴ مدارهای Trojan
۲  ۴ بستر تست بکار رفته برای شبیه سازی مدار و تولید اثر توان
۳  ۴ مدل سازی نویز محیطی و تغییرات فرایند

۵  نتایج آزمایشی

۱  ۵ آزمایش ۱: مدار ۵۱۲ بیتی RSA با Trojan
۲  ۵ آزمایش ۲: مدار۲۵۶ بیتی RSA با Trojan
۳  ۵ آزمایش ۳: مدار۲۵۶ بیتی RSA با Trojan متکی بر شمارشگر ۸  بیتی
۴  ۵ آزمایش ۴: مدار ۲۵۶ بیتی RSA با Trojan متکی بر مقایسه کننده ترکیبی
۱  ۴  ۵ شیوه ۱ تحلیل آماری طیف مقادیر مشخصه
۲  ۴  ۵ شیوه ۲ فیلترینگ سیگنال ها و تاکید بر مناطق کم نویز

۶  نتایج

بخشی از ترجمه:

 ۱ مقدمه

نیروهای اقتصادی و بازاری بیشتر تولیدکنندگان سخت افزار را برآن داشته است تا ساخت و تولید IC را در تاسیسات تولید خارجی انجام دهند. در نتیجه، بیشتر IC های امروزی در تاسیسات تولیدی کشورهای کم هزینه جهان ساخته و تولید شده اند. اگرچه منابع خارجی تولید IC ، هزینه را به طور قابل توجهی کاهش می دهد، در عین حال در برنامه های تجاری یا تدافعی حساس، مهاجم راحت تر می تواند با زنجیره عرضه IC سازگاری حاصل نماید. به طور مثال،در طول ترانزیت یا تبدیل فرایند ساخت مهاجم از طریق تعبیه مداربندی Trojen بیشتر در پوشش IC می تواند IC Trojen را جانشین IC های اصلی نماید.
آشکارسازی این قبیل مدارهای Trojen صرفاً با تست تابعی سخت یا تقریباً غیر ممکن می باشد، اما با این اوصاف نیز قادر به تحمیل آسیب جدی می باشند. به طور مثال، مدار Trojen را می توان طوری طراحی نمود که شرایط خاص اما نادر تریگر (راه انداز) ، مثلاً الگوی خاص بیت در بسته داده دریافت شده یا گذرگاه ، یا نیل تایمر به مقدار خاص، را بازبینی نماید. به محض راه اندازی، Trojen می تواند اعمالی از جمله از کار انداختن مدار، نفوذ به رموز یا ایجاد گلیچ (خش) یا سازگاری با یکپارچگی و امنیت سیستم بزرگتری که IC به آن تعلق دارد، را انجام دهد. به طور مثال، Trojen ساده و با این وجود مخرب در یک مدار RSA می تواند انتظار شرایط تریگر را کشیده و سپس در مرحله وارون سازی CRT محاسبه اثر RSA خطا ایجاد کرده و در نهایت با کلید RSA سازگاری حاصل نماید.
اگرچه تهدید مذکور برای یکپارچگی عرضه IC قبلاً یکی از عوامل هشدار (آژیر) در چرخه های تدافعی بعضی از کشورها پنداشته می شده است، اما اعتقاد ما برآن است که باید یکی از عوامل نگرانی فروشندگان و مصرف کنندگان سخت افزار امنیتی و رمزنگاری تجاری نیز محسوب شود. در کل می توان این گونه استنباط نمود که در حال حاضر راه حل های مطلوب و بلند مدتی برای این مسئله وجود ندارد. اگرچه برای بررسی درستی و صحت طرح اصلی،  IC های انفرادی را می توان به گونه ای مخرب و معکوس طراحی نمود، اما این کار تضمین نمی کند که IC هایی که در معرض این گونه تست ها نیستند، فاقد Trojan می باشند. به این دلیل،  بعضی از دولت ها کمک هزینه عملیات های تعداد معدودی از کارخانجات تولید مطمئن از لحاظ اقتصادی بی دوام و پرهزینه محلی برای تولید IC های نظامی را پرداخت می کنند.

6. نتایج
در این مقاله، در مورد قابلیت ساخت آثار انگشت موثر یک خانواده IC به منظور تشخیص و آشکارسازی Trojan IC توضیح دادیم. سپس یک مدار RSA و سه مدار Trojan را طراحی و سنتز کردیم. در این راستا از آثار توان بدست آمده از شبیه سازی این مدارها برای ساخت آثار IC استفاده کردیم. آنگاه سه سری تغییر فرایند را با ایجاد تغییرات تصادفی 2-5-7.5 در کتابخانه های سلولی مدل سازی کردیم که از آنها برای سنتز طرح ها استفاده شده بود. در تمام مسائل، تحلیل نسبتاً ساده سیگنالهای توان بین IC های اصلی و IC های محتوی مدارهای Trojan با اندازه 0.01 درصد از اندازه مدار اصلی تمایز قایل می شود.
در این مقاله نشان دادیم که مخفی کردن تحریف سیگنال ناشی از مدار Trojan به خاطر نشت سیگنال مدار Trojan در زیرفضاهای سیگنال کار سخت و دشواری می باشد. در IC های اصلی این وضعیت به چشم نمی خورد. در مورد بسیاری از Trojan ها، یافتن این نوع زیرفضاها به راحتی انجام می گیرد، به طور مثال سیگنال مدار Trojan زمانی ممکن است نشت کند که مابقی مدار فعال نباشد. ما نشان دادیم که حتی زمانی که سیگنال Trojan در تغییرات ناشی از نویز فرایند سیگنال مخفی شده باشد، بازهم با کمک تکنیک های پردازش سیگنال امکان تشخیص و آشکارسازی آن وجود دارد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Trojans and their Side-channel LeakageThere are several types of Trojan circuits that could infestICs, however most Trojan circuits share some behavioralcharacteristics that make them useful for the attacker.All Trojan circuits need to be stealthy, i.e., hard to detecteither from the physical appearance of the IC or during itstesting and normal use. This means that the Trojan IC hasto have the same physical form-factor, pin-out and very similarinput/output behavior, i.e., for most inputs, the outputof an IC with a Trojan circuit should be indistinguishablefrom the output of a genuine IC. In particular, if the outputis a deterministic function of the input, then the TrojanIC has to output the same function for most inputs1. Fora deterministic circuit, this essentially means that the Trojancircuit needs to monitor inputs, intermediate results, orsome clock/time circuitry and wait for a trigger conditionbefore altering the output behavior either by producing incorrectresults or by causing other failures. The trigger conditionhas to occur with very low probability during testingor normal usage, but could be invoked more frequently bythe attacker. The trigger condition may also be chosen to occurafter a certain time has elapsed. For non-deterministiccircuits, e.g., those involving the use of IC generated randomness,the Trojan circuit could more easily encode informationin the output without detection but still needs tobe very selective (possibly trigger based) in producing detectablyincorrect results or causing failure.

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

خرید ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد

خرید نسخه پاورپوینت این مقاله جهت ارائه

نوشته دانلود ترجمه مقاله آشکارسازی Trojan با استفاده از آثار IC – مجله IEEE اولین بار در ترجمه فا پدیدار شد.

فهرست مطالب:

چکیده
مقدمه
پیشینه
کالیبراسیون سیگنال
تحلیل اسکرین پلات به منظور تشخیص و آشکارسازی Trojan
مسائل مربوط به توصیف ویژگیهای داده های آماری
توانمندی تکنیک معرفی شده در قبال خرابکاری رقیب
راه اندازی آزمایش
مدلهای فرایند شبیه سازی
توالی تست
نویز سوئیچینگ زمینه و اندازه گیری
تاثیر مورد انتظار کاربرد مدل مدار بزرگتر
نتایج شبیه سازی
نتیجه گیری

بخشی از ترجمه:

 مقدمه

جهانی شدن صنعت مدار مجتمع (IC) به همراه افزایش چشمگیر پیچیدگی IC ها نگرانیهای جدیدی در خصوص قابلیت اعتماد خلق کرده است. تهدید بروز کرده تغییر خرابکارانه تابع IC مثلاً تعبیه مداربندی اضافی به منظور ایجاد انگیزه در رقیب به منظور تحریف، و تخریب داده ها، یا کنترل از راه دور IC از طریق در عقب در زمان انتخاب می باشد. در IC های خارجی تغییرات یا Trojan های خرابکارانه تابعی یا پارامتری وسیعی رخ می دهد.
رقبا از روشهای مختلفی برای پنهان کردن Trojan استفاده می کنند به گونه ای که تشخیص و آشکارسازی آنها از طریق سایر تستهای تولید سخت و دشوار می شود. به طور مثال، ورودی یک Trojan تعبیه شده به گونه ای انتخاب خواهد شد که فعال سازی آن از لحاظ آماری بسیار غیر متحمل می شود. بنابراین، Trojan فقط تحت شرایط داخلی نادر فعال خواهد شد، به همین خاطر تکنیک های تست متداول بر مبنای منطق در زمینه تشخیص و آشکارسازی Trojan موثر عمل نمی کنند.
روشهای تشخیص و آشکارسازی Trojan بر اساس بازبینی فیزیکی و مهندسی معکوس مخرب دشوار و هزینه بر بوده و به خاطر ماهیت مخرب آنها، در تمامی تراشه ها کاربرد ندارند. به علاوه، شیوه های بکار رفته در زیر مجموعه تراشه ها تضمین نمی کنند که کلیه تراشه ها فاقد Trojan هستند، زیرا رقیب می تواند Trojan را فقط در زیرمجموعه تراشه ها تعبیه نماید. در صورت انتخاب تراشه های تعبیه شده در Trojan به منظور بازبینی فیزیکی، Trojan خطاخواهد نمود. این قبیل نگرانیها محرکی برای نیاز به شیوه جدید، غیر مخرب جهت آشکارسازی Trojan محسوب می شوند که امکان کاربرد آنها در تمامی تراشه ها وجود دارد.
تکنیک های تست پارامتری نظیر تکنیک های بر مبنای آنالیز سیگنالهای منبع تغذیه نقش مفیدتری در تشخیص و آشکارسازی Trojan ایفا می کنند زیرا از طریق فعال سازی جزئی آن است که می توانند Trojan را آشکارسازند. فعال سازی جزئی به وضعیتی اشاره می کند که الگوهای تست کاربردی موجب سوئیچینگی ورودی Trojan و یا زیر مجموعه گیت های منطقی Trojan می شوند، اما خروجی Trojan تغییر نمی کند و به همین علت Trojan تابعیت تراشه را تغییر نمی دهد. آشکارسازی Trojan از طریق فعال سازی جزئی امکان پذیر می باشد زیرا حضور Trojan به ناچار بر رفتار پارامتری IC مثلاً از طریق تغییر بار سیم و سایر پارامترهای داخلی IC نظیر ظرفیت خازنی گرید توان تاثیر می گذارد.

نتیجه گیری
هدف این تحقیق تعیین حساسیت روش سیگنال گذرا منبع تغذیه به Trojan در شرایط مختلف می باشد. نتایج حاصله حاکی از آن است که تحت شرایط فاقد نویز، اگر گیت در واکنش به توالی تست تغییر کند، آنگاه می توانیم Trojan را در اندازه کوچک یک گیت آشکار کنیم. در Trojan هایی که تغییر نمی کنند اما به مسیر حساسی متصل شده اند این تعداد به دو گیت افزایش می یابد (به اشکال 4و 5 مراجعه کنید). با توجه به نویز و سوئیچینگ زمینه ، زمانی که محرک در گیت های Trojan  باعث سوئیچینگ می شود، حساسیت  از یک گیت برای db snr  تا چهار گیت برای 10 db   تغییر می کند و در غیر این صورت بین سه تا هفت گیت متغیر می باشد. در مواردی که محرک بکار رفته در گیت های Trojan و سایر بخشهای تراشه موجب ایجاد سوئیچینگ می شود، حساسیت به تیپ و مقدار سوئیچینگ زمینه تولید شده بستگی دارد. اما، نتایج حاصله حاکی از آن است که Trojan با بیش از 5 گیت سوئیچینگ تحت سه مورد محرک تصادفی شبیه سازی شده قابل تشخیص و آشکار شدن می باشد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

INTRODUCTION

THE globalization of the integrated circuit (IC) industryin combination with the dramatic increases in the complexityof ICs have raised new concerns regarding their trustworthiness[1], [2]. The threat is the malicious modification tothe function of an IC such as the inclusion of additional circuitrydesigned to enable an adversary to corrupt data or destroy, disableor remotely control the IC through a back door at a time ofhis or her choosing. A wide range of parametric-based and functional-based malicious modifications or Trojans are possible inoutsourced ICs [3].

Adversaries will employ a variety of methods to hide Trojansso that they are extremely difficult to detect through traditionalmanufacturing tests. For example, the inputs of an insertedTrojan will be selected so that its activation is statistically very unlikely. Hence, Trojans will be activated only under rareinternal states, making conventional logic-based testing techniquesineffective for Trojan detection.

Trojan detection methods based on physical inspection anddestructive reverse engineering are difficult and costly and, dueto their destructive nature, cannot be applied to all chips. Moreover,such approaches applied to a subset of chips cannot guaranteethat all chips are Trojan free because the adversary mayinsert Trojans into only a subset of the chips. If these Trojaninsertedchips are not selected for physical inspection, then theTrojan will be missed. These concerns drive the need for a new,nondestructive approach for Trojan detection that can be appliedto all chips

.Parametric testing techniques such as those based on the analysisof power supply signals are better suited for Trojan detectionbecause they can potentially detect a Trojan by only partiallyactivating it.1 Partial activation refers to the situation inwhich the applied test patterns cause switching activity on theinputs of a Trojan and/or within a subset of the Trojan’s logicgates, but the output(s) of the Trojan do not change, and thereforethe Trojan does not change the chip’s functionality. Trojandetection through partial activation is possible because the presenceof the Trojan unavoidably impacts the parametric behaviorof the IC, e.g., by modifying the wire loads and other internalparameters of the IC such as power grid capacitance. 

VI. CONCLUSION

The objective of this research is to determine the sensitivity of our power supply transient signal method to Trojans under a variety of adverse conditions. The results indicate that under noise free conditions, we can potentially detect Trojans as small as a single gate if that gate switches in response to our test sequence. This number increases to two gates for Trojans that do not switch but are connected to a sensitized path (see Figs. 4 and 5). When noise and background switching activity are considered, sensitivity varies from one gate for 30 dB SNR to four gates for 10 dB SNR when the stimulus generates switching in Trojan gates and from three gates to seven gates when the stimulus is not generating switching in Trojan gates. In cases where the applied stimulus generates switching in the Trojan gates and also in other random parts of the chip, sensitivity depends on the type and amount of background switching generated. However, our results demonstrate that Trojans with more than five switching gates are detectable under the three random stimuli cases simulated.

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

خرید ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد

خرید نسخه پاورپوینت این مقاله جهت ارائه

نوشته دانلود ترجمه مقاله تشخیص سخت افزار تروجان در شرایط محیطی و فرایند واقعی – مجله IEEE اولین بار در ترجمه فا پدیدار شد.

فهرست مطالب:

چکیده
مقدمه
شیوه های تشخیص و آشکارسازی پیشین
سخت افزار Trojan
بار مفید
تریگرها
بهینه سازی کد
کاربردها و اجرای Trojan
راه اندازی آزمایش
Trojan تیپ ۱
Trojan تیپ ۲
Trojan تیپ ۳
Trojan تیپ ۴
Trojan تیپ ۵
Trojan تیپ ۶
Trojan تیپ ۷
نتایج

بخشی از ترجمه:

 ۱ مقدمه

به خاطر فشارهای اقتصادی جهانی، کارخانه های تولید ابزارها و دستگاهها در اطراف دنیا گسترده شده و روند جابجایی زنجیره عرضه IC از بخشهای پرهزینه به کم هزینه در حال تسریع می باشد. حتی کارخانه های مطمئن و معتبر در حال حاضر نسبت به این گونه حملات آسیب پذیر نشان داده و تهدیدی که کارخانه با آن روبرو است و مدارهای نامطمئن تعبیه شده در تراشه ها قابل توجه می باشد. این روند انگیزه لازم را به محققین می دهد تا روشهای تست جدیدی، متفاوت با تست تابعی و ساختاری سنتی کشف کنند، زیرا ویژگیهای مدارهای نامطمئن اضافه شده (سخت افزار Trojans) با نقوص تولید یا خطاهای تابعی پیشین تفاوت دارد. به دلایل متعددی روشهای تست استاندارد نقشی در تشخیص و آشکارسازی سخت افزار Trojans ندارند:
۱) رفتار پیش بینی نشده در لیست خطا لحاظ نشده است، به عبارتی، تست الگوی ساختاری احتمالاً بردارهای تست Trojan را پوشش نخواهد داد.
۲) پیش بینی تابعیت(عاملیت) طرح های اصلی بدون اطلاع از Trojan تعبیه شده از سوی مهاجمین سخت و دشوار می باشد. به همین خاطر تست تابعی روتین به طور غیر محتمل توابع مضر بیشتری فاش می کند.
۳) تست الگوهای ورودی جامع غیر ممکن می باشد، زیرا به نسبت تعداد زیاد ورودی اولیه و گیت های داخلی، پیچیدگی تراشه ها بیشتر می شود.
بر اساس دلایل مذکور، ابزارهای پیشرفته EDA سهم کمی در تشخیص و آشکارسازی سخت افزار Trojan ایفا می کنند. فقط این مهندسی معکوس مخرب می باشد که با هزینه تست بالا، در زمینه بررسی یکپارچگی و اصلی بودن تراشه های تولید شده موثر عمل می کنند. به علاوه، از این روش، همان گونه که از نامش پیداست، می توان در نمونه گروه تراشه ها استفاده نمود بدون اینکه بتوان تضمین کرد که تراشه های تست نشده فاقد Trojan هستند.

 نتایج
در این مقاله، هشت شیوه اجرای سخت افزار Trojan را کشف کرده ایم. هر یک از اینها به ترکیبی از تریگرها، بار مفید و بخشهای منحصر به فردی معماری مورد حمله هر Trojan مجهز هستند. مهمترین نکته آن است که Trojan کشف شده در این جا با سطوح مختلف پیچیدگی طراحی شده اند، این امر به مهاجم امکان برقراری رابطه جانشینی بین زمان طراحی، توانایی فراراز زیر بار تشخیص و آشکارسازی و بار مفید را می دهد.
طرح ارائه شده در این کار آن است که طرح های فعلی RTL نسبت به حملات سخت افزار Trojan کاملاً آسیب پذیر نشان می دهند. در مصارف خرابکارانه، از آسیب پذیری های زیادی می توان بهره برداری نمود. سخت افزار های Trojan طراحی شده همچنین توضیح دادند که تست تابعی سنتی اغلب در زمینه تشخیص و آشکارسازی و پیشگیری از حملات سخت افزار Trojan مفید نمی باشد. بدین طریق انگیزه قابل توجهی برای ارتقاء روشهای آشکارسازی و مبارزه با سخت افزار Trojan ایجاد می گردد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

I. INTRODUCTION

Due to global economic pressures, device fabricationfoundries have spread around the world and the trend to movethe IC supply chain from high-cost to low-cost locations isaccelerating. Even once-trusted foundries are now vulnerableto attacks, and the threat that a foundry may be compromisedand malicious circuits inserted in chips it fabricates issubstantial. This motivates researchers to explore new testingmethods, different from traditional functional and structuraltesting, because the characteristics of added malicious circuits(hardware Trojans) are different from previous manufacturingdefects or functional errors. There are several reasons whystandard testing methods are almost useless in detecting hardwareTrojans:1) Unanticipated behavior is not included in the fault list,i.e., structural pattern testing will likely not cover Trojantest vectors [1];2) Additional functionality of genuine designs is hard topredict without knowledge of the Trojan inserted byattackers. Hence, routine functional testing is unlikelyto reveal harmful extra functions;3) Exhaustive input patterns testing is impractical as chipsbecome more complicated with a large number of primaryinputs and inner gates. Based on these reasons, state-of-the-art EDA tools contributelittle to the task of hardware Trojan detection. Only destructivereverse-engineering is still effective in checking the integrity and genuineness of manufactured chips, but with high testingcost. Furthermore, this method, as the name indicates, canonly be used on a sample group of chips with no guaranteeprovided that untested chips are Trojan-free [2].In order to demonstrate the threat of hardware Trojans andprovide an extensive view on what Trojans will look like, ThePolytechnic Institute of NYU hosted an Embedded SystemsChallenge competition in October of 2008. In this competition,a hypothetic “Orange Army” developed a cryptographic devicecode-named Alpha, which was described at the RTL in ahardware description language (HDL). The device uses thestrong 128-bit private key block cipher AES [3], which hasbeen shown to be resistant to modern cryptanalysis techniques.Figure 1 shows the architecture of the Alpha design which,for the purpose of the competition, was implemented ona Digilent BASYS Spartan-3 FPGA board. To transmit amessage, operators must do the following:1) Select the private key using the “Key Select” slideswitches.2) Press the “INI System” button.3) Input plaintext using a keyboard connected to the “KBIN” port. A VGA monitor can be connected to the “VGAOUT” port to display the plaintext. The “Input Status”LEDs indicate how much of the input buffer is used.4) Press the “Start Encryption” button to encrypt. Whenthis key is pressed the encryption engine reads theplaintext from the input buffer and writes the ciphertextinto the output buffer.5) Press the “Transmit” button to send the contents of thebuffer out of the RS-232 port.Competitors were asked to design and implement a setof Trojans, to undermine Alpha’s cryptographic strength, andincorporate them into Alpha’s HDL without failing validationtesting [4]. In this paper, we described our experiences indesigning and implementing such hardware Trojans for thepurpose of this competition. Our team developed the highestnumber of alternative Trojans that cannot be detected througha normal testing stage and was the only one to exploitvulnerabilities across the entire datapath, eventually earningsecond place in the competition.

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

خرید ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد

خرید نسخه پاورپوینت این مقاله جهت ارائه

نوشته دانلود ترجمه مقاله تجربیاتی در زمینه طراحی و اجرای سخت افزار تروجان – مجله IEEE اولین بار در ترجمه فا پدیدار شد.