芯片恶意篡改检测方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及集成电路芯片硬件安全检测技术领域，尤其涉及一种芯片恶意篡改检测方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

随着微电子技术的发展，集成电路单芯片的晶体管数已经可达数十亿甚至更高，芯片功能和逻辑复杂度也非常高。对于具有一定规模和复杂度的芯片，其设计、验证、制造的工作量往往要靠整个行业的上下游多家公司合作才能完成。例如，在设计阶段，模块数目和种类十分庞大，往往除了自主设计之外还要从第三方购买；在制造阶段，大多数集成电路设计公司都需要到专门代工的企业委托加工。从信息安全的角度来看，集成电路芯片在设计和制造的各个环节都可能被恶意篡改，例如植入恶意逻辑电路，用于在某些微妙的情况下改变电路功能，或在特定触发条件下泄露信息。作为高度复杂的系统，恶意逻辑引起的改变相对于整个芯片比例十分微小，具有高度隐蔽性，检测识别非常困难。

目前，识别芯片的逻辑恶意篡改，一种方法是采用逻辑测试，即输入特定的测试信息，观察输出信息是否正确，这并不能检测触发条件复杂的高隐蔽性的恶意逻辑，或者恶意逻辑并不改变芯片的正常功能，但通过其他途径向外泄露信息的情况。另一种方法是对芯片进行反剖逆向分析，这种方法需要专业的实验室和技术人员操作，分析周期很长，人力物力代价极其昂贵，只适用于高价值分析对象，并且是在有比较确凿证据的情况下实施。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种相对高效快捷、低成本的芯片恶意篡改检测方法、装置、电子设备及存储介质。

第一方面，本发明实施例提供一种芯片恶意篡改检测方法，包括：

获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像；

根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改。

结合第一方面，在第一方面的一种实施方式中，所述根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改，包括：

判断所述热分布图像在预设连续时间段内的变化是否存在异常；

若存在异常，则判定所述待检测芯片存在恶意篡改。

结合第一方面，在第一方面的另一种实施方式中，所述判断所述热分布图像在预设连续时间段内的变化是否存在异常，包括：

判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率是否超出预设阈值，若是，则认为存在异常；

和/或，判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率是否存在逐渐降低后维持恒定或逐渐降低后再逐渐增加的情况，若是，则认为存在异常。

结合第一方面，在第一方面的再一种实施方式中，所述获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像，包括：

获取与所述待检测芯片相同型号的正常芯片在相同工作模式下的热分布图像；

所述根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改，包括：

判断所述待检测芯片的热分布图像和所述正常芯片的热分布图像是否存在差异；

若存在差异，则判定所述待检测芯片存在恶意篡改。

第二方面，本发明实施例提供一种芯片恶意篡改检测装置，包括：

获取模块，用于获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像；

分析模块，用于根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改。

结合第二方面，在第二方面的一种实施方式中，所述分析模块，包括：

第一判断子模块，用于判断所述热分布图像在预设连续时间段内的变化是否存在异常；

第二判定子模块，用于若存在异常，则判定所述待检测芯片存在恶意篡改。

结合第二方面，在第二方面的另一种实施方式中，所述第一判断子模块，包括：

第一判断子单元，用于判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率是否超出预设阈值，若是，则认为存在异常；

和/或，第二判断子单元，用于判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率是否存在逐渐降低后维持恒定或逐渐降低后再逐渐增加的情况，若是，则认为存在异常。

结合第二方面，在第二方面的再一种实施方式中，所述获取模块，包括：

获取子单元，用于获取与所述待检测芯片相同型号的正常芯片在相同工作模式下的热分布图像；

所述分析模块，包括：

第二判断子模块，用于判断所述待检测芯片的热分布图像和所述正常芯片的热分布图像是否存在差异；

第二判定子模块，用于若存在差异，则判定所述待检测芯片存在恶意篡改。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括：壳体、处理器、存储器、电路板和电源电路，其中，电路板安置在壳体围成的空间内部，处理器和存储器设置在电路板上；电源电路，用于为上述电子设备的各个电路或器件供电；存储器用于存储可执行程序代码；处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，用于执行前述任一所述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现前述任一所述的方法。

本发明实施例提供的芯片恶意篡改检测方法、装置、电子设备及存储介质，首先获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像，然后根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改。这样，通过获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像并进行分析，用户无需精确分析芯片的逻辑功能和内部结构，就能够实现对恶意篡改的检测，且可以自动化、高效快捷、低成本的批量实施，提高了适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的芯片恶意篡改检测方法一个实施例的流程图；

图2为本发明的芯片恶意篡改检测方法中得到的热分布图像的示意图；

图3为本发明的芯片恶意篡改检测方法中得到的异常热分布图像的示意图；

图4为本发明的芯片恶意篡改检测方法中热分布图像某个区域的温度值随时间变化曲线示意图；

图5为本发明的芯片恶意篡改检测装置一个实施例的结构图；

图6为本发明电子设备一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一方面，本发明实施例提供一种芯片恶意篡改检测方法，如图1所示，所述芯片恶意篡改检测方法可以包括：

步骤101：获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像；

本步骤中，具体可以通过热成像仪获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像，其中，工作模式既可以是正常工作状态(包括低负荷工作状态、正常负荷工作状态、高负荷工作状态)，也可以是休眠状态；热分布图像是红外热成像，其是运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值，红外热成像技术使人类超越了视觉障碍，由此人们可以“看到”物体表面的温度分布状况。

本步骤中的待检测芯片，包括但不限于去除封装的芯片，未去除封装的芯片、在系统(使用该芯片的电路系统，如计算机、移动终端等)中的芯片、以及在测试环境下单独的芯片。

步骤102：根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改。

本步骤中，根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改，具体的，可以通过热分布图像的空间分布特征和/或时间特征变化识别芯片内部的电路改变，从而发现恶意篡改。理论依据在于，芯片上的每个晶体管都会有静态和动态工作电流，产生静态或动态的功耗，进而引起热量释放。因此，芯片上的电路改变总会引起芯片热量释放的模式改变。本发明的方案可实现从外部观察芯片的特征变化，确切的说，通过芯片内部晶体管在电流驱动下工作时产生的热能来刻画芯片的结构和工作状态，只需非接触地观察即可发现芯片结构和工作方式的变化。

当用户需要对某一台或多台机器上某款芯片的安全性进行鉴定，或怀疑购买的某一批芯片是被恶意篡改过的，即可采用本发明的方案对被测目标芯片进行分析，判断其是否存在恶意篡改。具体的，可以对比被测目标芯片在连续工作时热分布图像的异常变化，也可以对比同等工作条件下被测目标芯片与已知正常芯片的热分布图像差异，以此来判断芯片正常与否。

作为一种可选的实施例，所述根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改(步骤102)，可以包括：

步骤1021：判断所述热分布图像在预设连续时间段内的变化是否存在异常；

如前所述，若待检测芯片存在恶意篡改，则芯片上被恶意篡改的电路会引起热量释放，从而通过判断热分布图像在预设连续时间段(如2小时、8小时、24小时、1周等)内的变化是否存在由被恶意篡改的电路所引起的异常，即可判定待检测芯片是否存在恶意篡改。

如图2所示，示出了某次实验的热分布图像，根据该热分布图像的连续变化情况，分析是否存在异常，即可得知待检测芯片是否存在恶意篡改。如图3所示，示出了某芯片表现出来的异常热分布图像，例如系统处于休眠模式时，正常芯片整体热量都较低，但如果某芯片被植入了信息窃取电路，则该电路可能在休眠状态秘密执行信息窃取和发送工作，会在芯片某个区域引起额外的热释放，表现为芯片外部观察到细微的热量变化(如图3右侧中部所示)，从而可以判定芯片存在恶意篡改。

优选的，所述判断所述热分布图像在预设连续时间段内的变化是否存在异常(步骤1021)，可以包括：

判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率是否超出预设阈值，若是，则认为存在异常。

具体的，可以时间为横坐标，以热分布图像中某个区域的温度值为纵坐标，得出温度值随时间变化的曲线。其中，区域的划分可以根据需要灵活设定，相对来说，区域划分越小，检测越准确，区域例如可以为1mm*1mm、0.5mm*0.5mm大小。

发明人在研究过程中发现，芯片在正常工作时，其温度变化相对平稳(如图4曲线1所示)，一旦芯片中存在被恶意篡改的电路，其温度变化曲线就会发生变化，产生图4中的突起曲线段2，该突起曲线段2是由被恶意篡改的电路所引起的，因为被恶意篡改的电路通常会工作一段时间后就停止工作，以免被发现，这样就会在正常温度曲线上形成一小段“突起”，该突起的宽度与被恶意篡改的电路的工作时间长短有关。故通过判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率(即温度曲线的斜率)是否超出预设阈值，若是，则可以认为存在异常，待检测芯片存在被恶意篡改的电路。

进一步优选的，所述判断所述热分布图像在预设连续时间段内的变化是否存在异常(步骤1021)，可以包括：

判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率是否存在逐渐降低后维持恒定或逐渐降低后再逐渐增加的情况，若是，则认为存在异常。

前一种方式，判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率是否超出预设阈值，是借助于图4中曲线段2的前半部分来判断温度曲线是否发生快速提高的异常，然而这种判断方式中，阈值不太容易设定；而本方式中，是借助于图4中曲线段2的后半部分来判断温度曲线上是否存在“突起”，该种方式无需设置阈值，实现简单方便，检测更加准确。需要说明的是，本方式中需利用温度值随时间的变化率(即温度曲线的斜率)，而不能利用温度值本身，因为温度值本身可能一直是上升趋势，难以准确判断出是否存在异常。

步骤1022：若存在异常，则判定所述待检测芯片存在恶意篡改。

这样，通过判断待检测芯片在连续工作时热分布图像的异常变化，即芯片随时间的变化规律是否存在异常，从而判断出芯片是否存在恶意篡改。

作为另一种可选的实施例，所述获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像(步骤101)可以包括：

获取与所述待检测芯片相同型号的正常芯片在相同工作模式下的热分布图像；

本步骤中，正常芯片可以通过可信度较高的渠道获得，以作为参照。例如，芯片以手机芯片为例，假定某人被赠送一品牌手机，怀疑该手机的芯片被恶意篡改，此时可以通过国外渠道分别从不同国家购买该品牌同款手机，以这些不同渠道购得的手机中的芯片作为正常芯片进行对比。

相应的，所述根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改(步骤102)，可以包括：

步骤1021′：判断所述待检测芯片的热分布图像和所述正常芯片的热分布图像是否存在差异；

步骤1022′：若存在差异，则判定所述待检测芯片存在恶意篡改。

由于待检测芯片和正常芯片的型号相同，故当两者处于相同工作模式下，它们的热分布图像也应相同，故通过比较两者的热分布图像是否存在差异，即可判断出待检测芯片是否存在恶意篡改。

本发明实施例的芯片恶意篡改检测方法，首先获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像，然后根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改。这样，通过获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像并进行分析，用户无需精确分析芯片的逻辑功能和内部结构，就能够实现对恶意篡改的检测，且可以自动化、高效快捷、低成本的批量实施，提高了适用性。

本发明的优势在于以简便快捷、低成本的方式实现了芯片异常的检测，虽然本发明的检测方法不能精确地得出恶意电路的结构和工作原理，但本发明可以适用对大范围对象的粗筛步骤，作为精确分析的前置环节。对于本发明定位出的可疑样品，可以采用现有技术其他方法进一步精确分析。

另一方面，本发明实施例提供一种芯片恶意篡改检测装置，如图5所示，所述芯片恶意篡改检测装置可以包括：

获取模块11，用于获取待检测芯片在工作模式下的热分布图像；

分析模块12，用于根据所述热分布图像，分析所述待检测芯片是否存在恶意篡改。

本实施例的装置，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

优选的，所述分析模块12，可以包括：

第一判断子模块，用于判断所述热分布图像在预设连续时间段内的变化是否存在异常；

第二判定子模块，用于若存在异常，则判定所述待检测芯片存在恶意篡改。

优选的，所述第一判断子模块，可以包括：

第一判断子单元，用于判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率是否超出预设阈值，若是，则认为存在异常；

和/或，第二判断子单元，用于判断所述热分布图像中某个区域的温度值随时间的变化率是否存在逐渐降低后维持恒定或逐渐降低后再逐渐增加的情况，若是，则认为存在异常。

优选的，所述获取模块11，可以包括：

获取子单元，用于获取与所述待检测芯片相同型号的正常芯片在相同工作模式下的热分布图像；

所述分析模块12，可以包括：

第二判断子模块，用于判断所述待检测芯片的热分布图像和所述正常芯片的热分布图像是否存在差异；

第二判定子模块，用于若存在差异，则判定所述待检测芯片存在恶意篡改。

本发明实施例还提供一种电子设备，如图6所示，可以实现本发明图1所示方法实施例的流程，该电子设备包括：壳体41、处理器42、存储器43、电路板44和电源电路45，其中，电路板44安置在壳体41围成的空间内部，处理器42和存储器43设置在电路板44上；电源电路45，用于为上述电子设备的各个电路或器件供电；存储器43用于存储可执行程序代码；处理器42通过读取存储器43中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，用于执行前述任一方法实施例所述的方法。

处理器42对上述步骤的具体执行过程以及处理器42通过运行可执行程序代码来进一步执行的步骤，可以参见本发明图1所示方法实施例的描述，在此不再赘述。

该电子设备以多种形式存在，包括但不限于：

(1)移动通信设备：这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括：智能手机(例如iphone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

(2)超移动个人计算机设备：这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括：pda、mid和umpc设备等，例如ipad。

(3)便携式娱乐设备：这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括：音频、视频播放器(例如ipod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

(4)服务器：提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

(5)其他具有数据交互功能的电子设备。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法实施例所述的方法步骤。

本发明的实施例还提供一种应用程序，所述应用程序被执行以实现本发明任一方法实施例提供的方法。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。