基于Yosys的硬件信息流安全验证与漏洞检测

针对基于功能验证和侧信道分析的硬件安全漏洞检测方法的不足,提出了一种结合Yosys形式化验证能力和门级信息流追踪方法对集成电路设计进行安全验证和漏洞检测的方案.首先,使用Yosys对硬件电路设计进行逻辑综合,生成门级网表.其次,为电路设计中各信号的每个比特位添加污染标签,并采用二进制位粒度的污染标签传播策略为基本逻辑单元生成门级信息流模型,进而以此为基本单元构建整个电路的信息流模型.然后,描述电路设计中关键数据的机密性和完整性属性,并将其映射为Yosys可识别的安全约束.最后,结合Yosys和电路的信息流模型对电路设计的安全属性进行验证,安全验证中捕捉到违反安全属性的事件,即表明硬件设计中存在安全漏洞.实验表明,该方法能够准确检测到AES加密电路中植入的一种可满足性无关项木马.实验结果验证了该方法能够在不依赖功能验证和侧信道分析的前提下检测到安全漏洞,因而适用范围更广.     

消偏振二维二元闪耀光栅设计

为减小成像光谱仪的偏振敏感度并提高其定量化探测精度,提出一种透射式消偏振二维二元闪耀光栅。它在两个正交方向上都具有周期性槽形单元,每个槽形单元包含7个子周期。每个子周期的介质占空比在两个方向上是独立的,可同时调制TE和TM偏振态的等效折射率,以此优化光栅偏振特性。本文将等效介质理论拓展到二维情况,设计了以熔石英为基底,工作波段为0.6~0.8μm的高衍射效率消偏振二维二元闪耀光栅。光栅两正交方向周期分别为3.31μm和0.473μm。仿真结果表明,在参考波长0.7μm处TE和TM偏振态衍射效率分别为79.5%和79.6%,0.6~0.8μm波段范围内TE和TM偏振态衍射效率均高于70%,偏振敏感度低于2.6%。与一维二元闪耀光栅相比,二维二元闪耀光栅具有高衍射效率、低偏振敏感度和易制作的优势。所得结论可用于指导实际应用中透射式二元闪耀光栅的设计,可望在光栅型高光谱成像仪中得到应用。     

基于可满足性无关项的硬件木马设计与检测

硬件木马是集成电路中隐含的恶意设计修改，被激活后可用于发起高效的底层攻击。由此，展示了一种新的利用可满足性无关项的轻量级高隐蔽性硬件木马安全威胁。该木马设计方法将轻量级木马设计隐藏于电路正常工作条件下无法覆盖到的可满足性无关项中，使插入木马后的电路设计与原始设计完全功能等价。攻击者只需利用简单的故障注入攻击手段即可激活木马。基于1024位RSA密码核的实验结果显示，所给出的木马设计能够逃避逻辑综合优化，通过故障注入攻击能够有效恢复RSA密码核的私钥。在此基础上，提出了一种能够有效检测该高隐蔽性木马设计的防御手段。     

多角度偏振成像光谱仪的光学设计

大气气溶胶是引起全球气候变化和空气质量问题的重要因素之一,利用卫星遥感监测全球大气气溶胶具有重要意义。利用大气气溶胶的多角度偏振光谱信息联合反演,可有效去除地表反射的影响,获得精确的遥感结果,因此亟需研究具备多角度偏振光谱信息获取能力的一体化光学仪器。所设计的多角度偏振成像光谱仪光学系统,前置望远物镜采用多镜头视场拼接方式,实现地面目标沿轨方向60内多角度探测,分光系统共用一个Offner分光装架。像质评价结果显示,在探测器奈奎斯特频率处中心波段的MTF达到0.8,点列图均位于艾里斑范围内,各项指标均满足设计要求。光学系统整体结构紧凑、无运动部件,可实现目标多角度偏振光谱图像的信息获取。     

抑郁症正性情绪加工脑电样本熵异常

本文通过研究抑郁症患者与正常人在处理不同情绪刺激时脑电信号样本熵的差异,探索抑郁症患者情绪加工异常的电生理机制。我们招募了16名抑郁症患者和14名健康对照组参与面部表情空间搜索任务,同时采集了他们完成任务时的头皮脑电信号。我们首先选用希尔伯特-黄变换获取脑电的各频段活动;然后通过比较抑郁症患者与健康对照组脑电的样本熵来研究两组受试者不同情绪加工的电生理差异;最后选取β频段样本熵作为特征,采用不同分类器和不同提取方式进行分类研究。结果反映,抑郁症患者在情绪加工上,尤其是正性情绪的认知加工上存在异常。同时也表明样本熵在一定程度上可以反映不同条件情绪加工脑电的特异性,可作为一种区分正常人与抑郁症患者的潜在的特征指标,用于抑郁症患者的辅助分类识别,为医生诊断抑郁症患者提供一种辅助方案。      

紧凑型消像散长狭缝光谱仪光学系统

为提高高光谱遥感仪器的幅宽和减小其体积,重点研究适用于宽幅高光谱遥感应用的长狭缝、紧凑型Wynne-Offner光谱仪。通过追迹主光线,导出像散表达式,分析Offner装架和Wynne-Offner光装架的像散特性。指出Wynne-Offner装架的消像散圆域大于Offner装架的消像散圆环域,前者更适用于长狭缝。给出两个光谱仪实例,狭缝长度均为70 mm,分别工作于0.5~1.0 μm和1.0~2.5 μm波长范围,成像质量接近于衍射极限,光谱畸变可忽略,具备狭缝长、结构紧凑、像质优的特点,适用于宽幅高光谱遥感应用。     

基于门级信息流追踪技术的逻辑混淆攻击方法

逻辑混淆技术是一种实现知识产权保护、防止逆向工程的主流技术手段。提出了基于门级信息流追踪技术的逻辑混淆攻击方法,采用门级抽象层次上的信息流分析方法,建立信息流模型,对输出及其污染标签进行约束,使用SAT求解器求解满足约束条件的混淆密钥序列。实验结果表明该攻击方法对5种混淆加密算法、2种面积开销生成的测试基准有很好的破解效果和效率。     

基于故障传播模型的硬件安全性与可靠性验证方法

大规模集成电路正面临着诸如设计脆弱性、侧信道、硬件木马等安全漏洞的威胁。传统的功能测试验证方法无法遍历所有的输入空间,同样无法检测侧信道安全漏洞。现有的形式化验证方法关注硬件设计的等价性和功能的正确性,难以满足安全性和可靠性验证需求。研究面向安全性和可靠性验证的形式化模型,形成有效的硬件安全性与可靠性形式化验证方法。该方法能够从门级对集成电路进行建模,生成细粒度的形式化模型,实现对安全性与可靠性的形式化验证,可以捕捉硬件设计中潜在的安全隐患。实验结果表明该验证方法对硬件设计中存在的侧信道和硬件木马导致的信息泄露和篡改有很好的检测效果。     

宽波段凸面闪耀光栅优化设计

凸面闪耀光栅是研制高光谱分辨率成像光谱仪的关键元件之一,一般凸面闪耀光栅的有效波段范围较窄,较难满足宽波段成像光谱仪对光栅衍射效率的需求。为拓宽仪器观测波段,对其中凸面闪耀光栅进行了优化设计。以0.4~2.5 m波段Offner型成像光谱仪为例,研究了凸面光栅单衍射级和双衍射级共路两种色散结构,采用分区闪耀光栅和双角闪耀光栅来提高宽波段范围内的衍射效率。优化设计了两种双闪耀光栅在不同色散结构下的槽形,用标量理论和有限元分析等方法对光栅衍射效率进行了计算。结合仪器信噪比,给出了满足成像光谱仪不同需求时所适用的光栅。