数字芯核电路版权保护技术与应用

第一篇 芯核水印技术基础 1

1 绪论 2

1.1 研究意义 2

1.2 研究背景 4

1.3 研究现状 6

1.3.1 FPGA芯核水印技术 6

1.3.2 FSM芯核水印技术 9

1.3.3 可测试芯核水印技术 10

1.4 本书主要工作及结构 11

2 IP水印技术概述 18

2.1 数字IP设计基础 18

2.1.1 IP的定义和分类 18

2.2.2 FPGA概述 21

2.2.3 FPGA内部结构 23

2.2.4 FPGA的基本开发流程 27

2.2 数字IP水印概念 29

2.2.1 数字芯核水印特点 32

2.2.2 面临的困难和挑战 36

2.3 数字芯核版权保护技术 38

2.3.1 芯片标签加密技术 39

2.3.2 PUF物理版权保护技术 40

2.4 数字芯核水印检测技术 43

2.4.1 数字芯核水印检测需求分析 43

2.4.2 芯核水印安全检测分析 44

2.4.3 水印性能的评估 45

2.5 工程设计流程与开发环境 46

2.5.1 ISE的设计流程 46

2.5.2 Modelsim的功能仿真 48

2.5.3 FPGA综合工具Synplify 49

2.6 本章小结 51

第二篇 芯核水印关键技术 53

3 基于混沌映射技术的芯核水印方案 55

3.1 引言 55

3.2 混沌理论数学模型 57

3.3 混沌映射的芯核水印化过程 58

3.3.1 LUT水印嵌入原理 59

3.3.2 混沌芯核水印嵌入 60

3.3.3 混沌芯核水印提取 61

3.4 性能分析及仿真 62

3.4.1 性能分析 62

3.4.2 实验仿真 63

3.5 实验结果比较 64

3.5.1 资源开销性能 65

3.5.2 物理布局性能 66

3.6 本章小结 68

4 基于FSM特征的芯核水印方案 69

4.1 引言 69

4.2 问题描述和定义 71

4.3 水印嵌入原理 72

4.4 FSM芯核水印实现过程 75

4.5 FSM芯核水印设计实例 77

4.5.1 水印生成 77

4.5.2 水印嵌入 78

4.5.3 水印提取 79

4.5.4 水印验证 80

4.6 算法性能分析 81

4.6.1 安全性 81

4.6.2 可检测性 82

4.7 实验结果分析与比较 84

4.7.1 仿真测试结果分析 84

4.7.2 抗攻击性能分析 85

4.7.3 测试结果比较与评估 87

4.8 本章小结 88

5 现场可测试多扫描链芯核水印方案 90

5.1 引言 90

5.2 向量相关度数学模型 91

5.3 多扫描链芯核水印方法 95

5.3.1 总体设计思想 95

5.3.2 多扫描链水印结构 96

5.4 多扫描链芯核水印算法设计 98

5.4.1 多扫描链芯核水印嵌入 98

5.4.2 多扫描链芯核水印检测 101

5.5 实验结果及性能分析 103

5.5.1 资源开销验证 103

5.5.2 可靠性实验分析 107

5.5.3 抗攻击性能 109

5.6 本章小结 110

6 高容量FPGA芯核水印方案 112

6.1 设计目标 112

6.2 相关数学模型建立 113

6.2.1 精简压缩模型 113

6.2.2 分散隐藏策略模型 114

6.3 芯核水印算法流程 115

6.4 基本算法 116

6.4.1 芯核水印生成算法 117

6.4.2 芯核水印加密算法 118

6.4.3 芯核水印预处理算法 120

6.4.4 算法的实现过程 121

6.4.5 芯核水印嵌入算法 122

6.4.6 芯核水印提取算法 127

6.5 算法分析 129

6.5.1 可信度分析 129

6.5.2 透明性分析 130

6.5.3 性能开销分析 130

6.6 实验结果 130

6.6.1 仿真测试结果 130

6.6.2 物理布局结果 131

6.7 性能分析与比较 132

6.7.1 水印容量 132

6.7.2 额外开销 133

6.7.3 安全性分析 136

6.8 本章小结 136

第三篇 IP水印检测与认证方案 139

7 基于零知识证明协议的芯核水印盲检测方案 141

7.1 引言 141

7.2 零知识交互证明ZKP协议 143

7.2.1 初始化阶段 143

7.2.2 鉴别阶段 143

7.2.3 完备性、公正性和零知识性证明 144

7.3 零知识芯核水印算法 146

7.3.1 零知识水印生成 147

7.3.2 零知识水印嵌入 148

7.3.3 零知识水印提取 148

7.4 基于零知识证明协议的芯核水印盲检测算法 149

7.4.1 整体置乱 149

7.4.2 分块置乱 151

7.4.3 水印检测 153

7.4.4 算法性能分析 156

7.5 实验结果及分析 157

7.5.1 水印检测稳定性分析 157

7.5.2 安全分析 160

7.6 本章小结 163

8 基于隐秘内容自恢复机制的芯核水印认证方案 164

8.1 引言 164

8.2 双重IP水印生成 165

8.3 自恢复数学模型 166

8.3.1 恢复原理 166

8.3.2 映射关系 167

8.4 自恢复双重芯核水印认证方法设计 168

8.4.1 双重水印嵌入 168

8.4.2 双重水印提取 170

8.4.3 双重水印恢复 170

8.5 实验结果分析与比较 172

8.5.1 算法安全性能分析 172

8.5.2 物理布局效果图 174

8.5.3 水印嵌入容量 175

8.5.4 水印自恢复能力评估 176

8.6 本章小结 177

第四篇 数字IP水印实例设计与实现 179

9 数字IP水印原型系统 180

9.1 测试环境设置 181

9.2 混沌IP水印 181

9.3 时间约束IP水印 183

9.4 自恢复双重芯核水印系统 186

9.5 零知识芯核水印认证系统 190

9.6 系统性能分析测试 195

9.7 本章小结 197

结束语 198

参考文献 200