芯片安全导论

本书系统地介绍了网络物理系统中常见芯片所面临的安全威胁，涵盖集成电路、生物芯片、人工智能芯片等常见芯片架构，并从安全角度出发介绍了已有的安全防范技术，包括知识产权保护、硬件木马预防及检测等。硬件是网络物理系统的基础，芯片是其核心部件，芯片安全对整个网络空间安全来说至关重要。本书内容全面、技术新颖，不仅包括作者原创科研成果，还囊括其他学者的前沿研究成果。本书在芯片基本知识的基础上，就现今较先进的研究成果进行归纳总结，对芯片安全领域的学习及研究有重要的启发意义。 本书的读者对象主要是网络空间安全、计算机科学、人工智能、微电子等信息类相关专业的高年级本科生及研究生。本书可以作为高等院校相关专业的教学参考书，也可以作为芯片及安全类兴趣爱好者及研究人员的阅读用书。

董晨，福州大学计算机与大数据学院信息安全与网络工程系副主任。主要从事集成电路、生物芯片、人工智能芯片的设计及安全研究，同时也关注多机器人系统、人工智能及安全、大数据等方面的研究。 刘西蒙，福州大学研究员、博士生导师，福州大学数学与计算机科学学院院长助理，系统信息安全福建省高校重点实验室主任，福建省知联会理事，福建省“闽江学者”特聘教授，福州大学“旗山学者”（海外计划），福建省引进高层次人才(C类)，IEEE/ACM/CCF会员。主要从事密态计算、密态机器学习、大数据隐私保护、区块链，可搜索加密、公钥密码学应用等方面的研究工作；先后主持和参与国家自然科学基金项目5项(含重点项目一项)；已在国内外期刊、会议上发表SCI/EI学术论文250余篇，Google被引3300余次；申请国家发明专利4项。 郭文忠，福州大学教授、博士生导师，CCF高级会员，ACM会员，数学与计算机科学学院院长助理兼信息安全与网络工程系主任，福建省网络计算与智能信息处理重点实验室主任，福州大学新一代网络技术研究所所长，福建省“网络计算与网络内容分析”高校创新团队方向带头人，兼任福建省人工智能学会理事、副秘书长，中国计算机学会青年计算机科技论坛厦门分论坛学术委员。福建省杰出青年科学基金获得者。 主要从事计算智能的基础理论研究及其在计算机网络中的应用研究。近年来，主持包括国家自然科学基金在内的近10项科研项目，参与包括国家自然科学基金、国家科技部产学研项目以及国家863计划子课题等在内的20多项科研项目，研究成果得到国内外同行专家的高度评价，获2013年福建省科学技术进步二等奖、2008年福建省科学技术进步三等奖和福州大学高等教育教学成果一等奖各1项，并申请发明专利8项，获授权软件著作权6项。在国内外学术期刊发表学术论文180多篇，在国际会议上发表学术论文50多篇，其中SCI收录20篇，EI收录71篇。

第 1章 集成电路基础 1 1.1 集成电路制作过程 1 1.1.1 集成电路设计 1 1.1.2 集成电路制造 16 1.1.3 集成电路封测 22 1.2 集成电路类型 24 1.2.1 现场可编程门阵列 25 1.2.2 专用集成电路 27 1.2.3 片上系统 28 1.2.4 片上网络 29 1.2.5 射频集成电路 31 1.3 集成电路工作环境 34 1.3.1 高温环境 34 1.3.2 低温环境 35 1.3.3 海洋环境 35 1.3.4 太空环境 36 参考文献 36 第 2章 集成电路安全风险 38 2.1 集成电路中的硬件木马 38 2.1.1 集成电路硬件木马简介 39 2.1.2 集成电路硬件木马结构 40 2.2 硬件木马检测技术 41 2.2.1 侧信道分析 42 2.2.2 逻辑检测 58 2.2.3 静态检测 62 2.2.4 逆向工程 75 参考文献 83 第3章 集成电路知识产权保护 85 3.1 知识产权核 85 3.1.1 知识产权核结构 85 3.1.2 知识产权核分类 85 3.1.3 知识产权核的应用 86 3.2 基于物理结构的保护 93 3.2.1 物理不可克隆函数 94 3.2.2 空白填充 97 3.2.3 电路伪装 98 3.2.4 分割生产 101 3.3 基于逻辑功能的保护法 104 参考文献 107 第4章 集成电路可靠性问题 110 4.1 设计环节上的可靠性问题 110 4.1.1 静电放电 111 4.1.2 集成电路互连引线电迁移 115 4.1.3 电磁辐射干扰 117 4.2 制造环节上的可靠性问题 117 4.2.1 制造工艺引起的可靠性问题 117 4.2.2 制造环境引起的可靠性问题 118 4.2.3 制造污染引起的可靠性问题 118 4.3 封装环节的可靠性问题 120 4.3.1 封装缺陷问题 121 4.3.2 封装失效问题 123 4.4 测试环节的可靠性问题 123 4.4.1 可测性设计内容 124 4.4.2 可测性设计优缺点 127 4.5 使用寿命引起的可靠性问题 127 4.5.1 负偏压温度不稳定性问题 128 4.5.2 热载流子注入问题 128 参考文献 129