[发明专利]一种基于时钟频率检测的芯片抗攻击系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，特别涉及一种基于时钟频率检测的芯片抗攻击系统及方法。

背景技术

在信息的价值越来越被人们重视的情况下，信息安全已经成为了业界讨论的热点，安全芯片在信息社会的各个领域中应用广泛，其主要功能包括对用户关键数据的安全存储、加密、解密以及身份识别等。正因为安全芯片中数据的重要性，且随着攻击技术的不断发展，故障攻击成为获取安全芯片中数据的主要攻击手段之一。故障攻击指让芯片工作在非正常工作条件下，比如异常电压、温度、时钟频率及电磁环境等，这些非正常的工作条件可能诱导芯片发生错误的行为，让芯片内部的一些安全操作失效，导致芯片采取的安全措施被旁路，进而泄漏机密数据。

其中，针对芯片时钟频率的攻击是非物理攻击中最常见的一种攻击手段，然而针对该种类型的攻击目前尚还没有设计精确的芯片抗攻击系统去检测和应对该种类型的攻击。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术中存在的技术问题，提供一种基于时钟频率检测的芯片抗攻击系统，有效对芯片的时钟频率攻击进行检测并及时报警。

本发明的实施例提供一种基于时钟频率检测的芯片抗攻击系统，包括依次电连接的频率采样电路、数据转换电路、比较器及监控器；

所述频率采样电路，用于根据芯片时钟频率进行电压采样，并输出采样电压VI；

所述数据转换电路，用于根据芯片时钟频率对频率采样电路的采样电压VI进行数据转换和均值计算，并输出均值电压信号VO；

所述比较器，用于将所述输出的均值电压信号VO与基准电压VREF进行比较，并输出比较结果；

监控器，用于根据比较结果判断芯片时钟频率是否发生异常，并在芯片时钟频率发生异常时发出报警信号。

进一步地，所述频率采样电路包括电压源，M分频器，开关电容电路，第一电阻；

所述电压源与开关电容电路的输入端相连接，开关电容电路的输出端与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端接地；

所述开关电容电路的输出端还通过一RC滤波电路与数据转换电路的输入端相连接；

所述芯片时钟频率经过M分频器分频后控制所述开关电容电路工作，并通过开关电容电路的输出端输出采样电压VI。

进一步地，所述开关电容电路包括第一可控开关、第二可控开关、第一电容及双相不交叠时钟电路，所述电压源、第一可控开关、第二可控开关及所述第一电阻的一端依次电连接，所述第一可控开关的两端并接所述第一电容，所述双向不交叠电路的输入端与M分频器的输出端电连接，双向不交叠电路的输出端分别与第一可控开关及第二可控开关的控制端电连接；

所述双向不交叠电路，用于根据M分频后的芯片时钟频率控制输出两个不交叠控制信号控制所述第一可控开关及第二可控开关交替导通。

进一步地，所述数据转换电路包括模数转换器，移位寄存器，加法器，除法器及数模转换器；

所述模数转换器、移位寄存器、加法器、除法器及数模转换器依次电连接；

所述模数转换器的输入端与所述开关电容电路的输出端相连接，用于根据芯片时钟频率对所述采样电压VI进行模数转换；

所述移位寄存器，用于根据芯片时钟频率对模数转换后的数据进行移位操作；

所述加法器，用于对M次移位后的数据进行累加计算；

所述除法器，用于根据分频后的芯片时钟频率对累加后的和数据进行除以M运算；

所述数模转换器，用于根据分频后的芯片时钟频率对除法器计算的数据进行数模转换，并输出均值电压信号VO。

进一步地，所述比较器的正向输入端与数模转换器的输出端相连接，用于接收所述均值电压信号VO，比较器的反向输入端用于加载基准电压VREF，比较器的输出端与监控器相连接，用于输出比较结果。

进一步地，所述RC滤波电路包括第二电阻及第二电容，所述第二电阻串接在所述模数转换器的输入端与所述开关电容电路的输出端之间，第二电阻与模数转换器相连接的一端还与第二电容的一端相连接，第二电容的另一端接地。

本发明还提供一种上述基于时钟频率检测的芯片抗攻击系统的工作方法包所述工作方法包括以下步骤：

控制将芯片时钟频率进行M分频，并根据芯片的时钟频率控制频率采样电路进行电压采样并输出采样电压其中，VDD为采样电路内部的电压源电压，等效电阻f_CLK为芯片的时钟频率，R1、C1为设定值；

根据芯片时钟频率控制数据转换电路对采样电压VI进行数据转换和均值计算，并输出均值电压信号VO；