本發(fā)明主要涉及信息安全集成電路領(lǐng)域，特指一種對芯片進(jìn)行差分功耗攻擊（dpa）防護(hù)的電源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

針對芯片（集成電路，integratedcircuit）的攻擊有三類：非侵入式攻擊、半侵入式攻擊，及侵入式攻擊。其中非侵入式攻擊，也稱為側(cè)信道攻擊，通常是指通過監(jiān)測芯片在進(jìn)行敏感運(yùn)算行為時，芯片所消耗的能量或者芯片輻射出來的電磁信號的變化規(guī)律，來推測芯片內(nèi)部敏感信息的一種攻擊方法。側(cè)信道攻擊，由于不需要破壞芯片，就可以實施攻擊，所以是目前最常見的一種針對芯片的攻擊手段。芯片工作時的能量消耗（功耗、電流消耗）相對來講更容易監(jiān)測，所以針對芯片進(jìn)行敏感運(yùn)算時的功耗（電流）變化規(guī)律進(jìn)行分析的攻擊更為普遍。

針對芯片功耗變化規(guī)律的攻擊，分為簡單功耗攻擊（spa）和差分功耗攻擊（dpa）。簡單功耗攻擊是根據(jù)芯片內(nèi)部進(jìn)行敏感運(yùn)算時，消耗的功耗的變化規(guī)律曲線，直接分析芯片內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)及晶體管的翻轉(zhuǎn)特性，從而推測內(nèi)部敏感信息的一種攻擊方法。針對簡單功耗攻擊，很多安全芯片設(shè)計時，采用了在敏感運(yùn)算時，增加隨機(jī)干擾運(yùn)算，以期真正的功耗變化規(guī)律被隱藏在隨機(jī)變化的規(guī)律之內(nèi)。差分功耗攻擊是通過監(jiān)測芯片內(nèi)部多次執(zhí)行同一敏感運(yùn)算的功耗變化規(guī)律，通過統(tǒng)計分析，消除其中隨機(jī)干擾運(yùn)算引入的功耗變化規(guī)律，提取出真正的變化規(guī)律，從而間接推測芯片內(nèi)部敏感信息的一種攻擊方法。差分功耗攻擊手段更加有效，也更加普遍。

差分功耗攻擊方法是通過監(jiān)測為芯片供電的電源輸出電流的波動曲線（即芯片消耗電流的變化規(guī)律）來對芯片內(nèi)部敏感信息進(jìn)行推測分析的。安全芯片內(nèi)電源管理系統(tǒng)隱藏敏感運(yùn)算所引起的功耗變化規(guī)律，成為芯片防差分功耗攻擊的一種必要手段。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種安全芯片抗差分功耗攻擊的電源系統(tǒng)。通過該改進(jìn)的電源系統(tǒng)，使芯片內(nèi)敏感運(yùn)算行為所引起的功耗變化規(guī)律得以較好的隱藏，即使使用差分功耗，統(tǒng)計分析的方式，也很難還原出真實的功耗變化規(guī)律。

本發(fā)明為解決技術(shù)背景中描述的問題，所采用的技術(shù)方案為：

一種安全芯片抗差分功耗攻擊的電源系統(tǒng)及其周邊功能組件，如圖1所示：其中，本發(fā)明所述電源系統(tǒng)如圖1中01所示；為本發(fā)明所述電源系統(tǒng)提供合適的電壓、及電流的供電源如圖1中00所示；本發(fā)明所述電源系統(tǒng)為芯片內(nèi)部包含敏感運(yùn)算功能單元在內(nèi)的有效負(fù)載（如圖1中02所示）提供合適的電壓及電流，提供給有效負(fù)載的電流最終通過如圖1中03所示導(dǎo)線流入芯片地（如圖1中04）；同時，本發(fā)明所述電源系統(tǒng)還將一部分電流直接排放到芯片地。芯片外部供電源輸出電流的變化規(guī)律，是由芯片內(nèi)部包含敏感運(yùn)算功能單元在內(nèi)的有效負(fù)載所消耗的電流變化和直接流入芯片地的電流變化共同作用的結(jié)果，不僅僅是敏感運(yùn)算本身消耗電流的變化規(guī)律。

如圖1中01所示，本發(fā)明所述的一種安全芯片抗差分功耗攻擊的電源系統(tǒng)，由電源管理單元（12）、控制處理單元（15）和可控電流源單元（17）組成。電源管理單元通過如圖1中11所示導(dǎo)線，從芯片外部供電源抽取電流，并通過如圖1中13所示導(dǎo)線為有效負(fù)載提供合適電壓及電流?？煽仉娏髟丛诳刂铺幚韱卧目刂葡峦ㄟ^如圖1中11所示導(dǎo)線，從供電源抽取電流，并通過如圖1中18所示導(dǎo)線，直接將該部分電流排入芯片地。控制處理單元通過如圖1中14所示的導(dǎo)線，檢測電源管理單元輸出電壓變化，但并不從如圖1中13所示導(dǎo)線上抽取電流。控制處理單元獲得電源管理單元為有效負(fù)載提供的電壓的變化規(guī)律，計算出有效負(fù)載消耗電流的變化規(guī)律，即電源管理單元為有效負(fù)載提供的電流的變化規(guī)律，進(jìn)而控制可控電流源單元從供電源抽取按特定規(guī)律變化的電流。

進(jìn)一步地描述，如圖2所示。外部供電源提供的電流i包含兩個部分：一部分i1通過常規(guī)的電源管理單元后提供給包含敏感運(yùn)算功能的有效負(fù)載，之后排入芯片地；另一部分i2通過可控電源單元，之后排入芯片地。即i=i1+i2，i1的變化規(guī)律體現(xiàn)了敏感運(yùn)算的某些特性，但攻擊者一般只能監(jiān)測到總的供電電流i，如果i2的變化規(guī)律，如頻率，幅度等，與i1相近，則很難通過差分統(tǒng)計的方法區(qū)分i1和i2。攻擊者單純分析電流i的變化規(guī)律很難推測到敏感運(yùn)算的特性，可以起到抗差分功耗攻擊的目的。

進(jìn)一步地描述，如圖1所示?？刂铺幚韱卧糜诳刂瓶煽仉娏髟磸墓╇娫闯槿‰娏?，控制信號（如圖1中16）變化，則抽取電流大小變化。控制信號的變化規(guī)律，由控制處理單元通過監(jiān)測電源管理單元為有效負(fù)載供電的電壓變化規(guī)律（如圖1中14所示），并經(jīng)過計算處理而得到。當(dāng)電源管理單元輸出電壓向下波動時，說明有效負(fù)載消耗電流變大，當(dāng)電源管理單元輸出電壓向上波動是，說明有效負(fù)載消耗電流變小?？刂铺幚韱卧袃煞N處理算法。一種算法是平衡功耗法，即有效負(fù)載消耗電流變大時，減小可控電流源從供電源抽取的電流，有效負(fù)載消耗電流變小時，增大可控電流源從供電源抽取的電流，此方法可使供電源消耗的總電流波動減弱，趨于恒定。另一種算法是同頻干擾法，即有效負(fù)載消耗電流變大時，增大可控電流源從供電源抽取的電流，有效負(fù)載消耗電流變小時，減小可控電流源從供電源抽取的電流，此方法從監(jiān)測到電源管理單元輸出電壓變化，到控制可控電流源抽取電流變化之間需要做延時，使得可控電流源消耗的電流變化規(guī)律和電源管理單元的變化規(guī)律，在時域上是錯開的，但頻域上是相近的。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1，一種安全芯片抗差分功耗攻擊的電源系統(tǒng)，可使供電源處監(jiān)測到的電流變化趨于平衡，無法體現(xiàn)出芯片內(nèi)敏感算法運(yùn)行所引起的功耗變化規(guī)律；

2，或者可使供電源出檢測到的電流變化規(guī)律中夾雜者與芯片內(nèi)部敏感算法運(yùn)行所引起的功耗變化規(guī)律，頻域相近但時域有差異的額外電流變化規(guī)律，無法通過差分統(tǒng)計分析的方式從中分離出芯片內(nèi)部敏感算法運(yùn)行所引起的功耗變化規(guī)律。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明所述電源系統(tǒng)及其外圍組件示意

圖2為本發(fā)明所述電源系統(tǒng)電流分支示意圖

圖3為本發(fā)明所述電源系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方式

具體實施：

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細(xì)的說明。

如圖3，為本發(fā)明所述的一種安全芯片抗差分功耗攻擊的電源系統(tǒng)的一種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。由電壓調(diào)節(jié)器電路（32）、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（34）、數(shù)字邏輯處理電路（35）以及電流模數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（36）四個電路模塊組成。一般集成電路工程師皆可了解此4個電路模塊分別的設(shè)計實現(xiàn)方式，此處不再贅述內(nèi)部實現(xiàn)方式。在不考慮針對電源的差分攻擊情況下，電源供電端（31）、電壓調(diào)節(jié)器（32）及電源輸出端（33），即可組成一個普通的電源系統(tǒng)，其中電壓調(diào)器可以為dcdc結(jié)構(gòu)，也可以為ldo結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實現(xiàn)的核心在于，對以上所述普通電源系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在以上所述普通電源輸出端，增加了將模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字邏輯處理電路及電流模數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。

數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與電源輸出驅(qū)動的有效負(fù)載呈并聯(lián)關(guān)系，且數(shù)模轉(zhuǎn)換電路理論上不從電源輸出端抽取電流，所以數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的增加，不影響電壓調(diào)節(jié)器驅(qū)動負(fù)載的能力。電源輸出端驅(qū)動的負(fù)載電路變化，會引起輸出電源電壓的變化，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采集輸出電源電壓的變化，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將對電源輸出端模擬電壓信號量化后輸出數(shù)字信號，送入數(shù)字邏輯處理電路。數(shù)字邏輯處理電路包含濾波、放大、延遲及反向功能。數(shù)字邏輯處理電路處理后，產(chǎn)生電流模數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的控制信號。電流模數(shù)模轉(zhuǎn)換電路在此控制信號的控制下，從電源供電端（31），抽取與控制信號相對應(yīng)大小的電流，并將電流直接排入電源系統(tǒng)的地端（37）。

數(shù)字邏輯處理電路有兩種可配置選擇的處理算法：一種算法是采用放大和反相功能，使電流模數(shù)模轉(zhuǎn)換電路從電源供電端抽取的電流變化剛好與電源輸出端負(fù)載電流變化量接近相等，但方向相反，從而保持電源供電端消耗的總電流趨于穩(wěn)定。另一種算法采用濾波、放大和延時功能，使電流模數(shù)模轉(zhuǎn)換電路從電源供電端抽取的電流變化和電源負(fù)載輸出端負(fù)載電流變化頻率接近，但時間上是錯開的，相當(dāng)于電源供電端電流變化規(guī)律是負(fù)載變化規(guī)律及其同頻干擾的疊加。