HIPR：通过低开销细粒度修订实现硬件IP保护

摘要

近年来，由于半导体产业的全球化，硬件知识产权（IP）模块面临多种机密性和完整性攻击。系统级芯片（SoC）设计者正考虑采用零信任安全模型，即在制造过程的任何阶段，IP都可能遭受盗版、克隆、过量生产或恶意篡改等攻击。硬件修订作为一种有前景的防护手段，可阻止全球分布式供应链中不可信实体的攻击。然而，现有修订技术的高开销成本限制了其实际应用。本文提出HIPR方法，这是一种鲁棒、可扩展且开销显著低于现有技术的细粒度修订方案。HIPR通过修订硬件设计中的安全关键布尔逻辑和时序逻辑，实施互连随机化，并采用多阶段优化步骤降低开销。实验表明，HIPR在开源基准测试中将面积开销降低了1至2个数量级，且安全性未受影响。测试IP见：GitHub仓库。

关键词

硬件IP保护、可编程逻辑、硬件修订、逆向工程、IP盗版

正文

背景与挑战

半导体供应链的全球化使得硬件IP易受多方攻击，包括制造环节的恶意修改或非法复制。传统防护方法（如加密或模糊化）通常引入过高性能或面积开销，难以实际部署。

HIPR方案设计

细粒度逻辑修订：选择性移除或混淆安全关键逻辑单元。
互连随机化：动态打乱模块间连接关系以增加逆向工程难度。
开销优化：采用逻辑压缩和资源共享技术降低面积与功耗开销。

实验结果

在OpenCores基准测试中，HIPR实现：

面积开销降低98%（相比同类技术）；
抵御SAT攻击和侧信道分析等已知攻击方法。

结论

HIPR为硬件IP保护提供了一种兼顾安全性与实用性的解决方案，尤其适合资源受限的嵌入式系统。未来工作将探索其在FPGA和ASIC设计中的扩展应用。