电子工业出版社-网上书店

本书针对当前硬件全生命周期内（包含设计、制造、测试与分发和使用过程）存在的一系列安全问题，全面系统地介绍了硬件安全原语、硬件木马、芯片盗版、过量生产、逆向工程、侧信道攻击、故障攻击等攻击方法，以及抵抗这些攻击的防御技术。本书内容丰富，结构合理，叙述清晰，知识面广，通过对硬件安全领域的威胁与防御措施进行较为全面的介绍，帮助读者拓展综合素质。本书可以作为网络空间安全、集成电路科学与工程、计算机科学与技术等相关专业的教材或教学参考书，也可以作为相关技术人员的参考资料。

目  录
第1章  集成电路硬件安全概述	1
1.1  网络空间安全与集成电路硬件安全	2
1.1.1  网络空间安全发展态势	2
1.1.2  集成电路硬件安全发展形势	4
1.2  硬件安全的定义和范畴	8
1.2.1  硬件安全概述	8
1.2.2  硬件设计安全漏洞及其特征	9
1.3  硬件安全的威胁和来源	10
1.3.1  硬件芯片市场和供需分析	10
1.3.2  硬件系统的安全和可信	10
1.3.3  硬件安全的威胁	12
1.4  硬件安全的防护	15
1.4.1  硬件安全原语	15
1.4.2  硬件安全防护技术概述	16
1.4.3  固件安全技术	19
1.4.4  后量子加密技术	20
本章小结	20
第2章  硬件安全原语	21
2.1  物理不可克隆函数	22
2.1.1  物理不可克隆函数的原理和属性	23
2.1.2  物理不可克隆函数的特征和优势	24
2.1.3  物理不可克隆函数的分类	25
2.1.4  物理不可克隆函数的评估标准	27
2.1.5  物理不可克隆函数的典型结构	29
2.1.6  物理不可克隆函数的应用	37
2.2  真随机数发生器	39
2.2.1  真随机数发生器的定义和基本结构	40
2.2.2  真随机数发生器设计方法学的演变和相关标准	42
2.2.3  常见真随机数发生器的熵源	43
2.2.4  真随机数发生器的后处理模块分析	47
2.2.5  真随机数发生器的在线检测设计	49
本章小结	50
第3章  硬件木马设计与检测	51
3.1  硬件木马的特性和结构	53
3.1.1  硬件木马的特性	53
3.1.2  硬件木马的结构	54
3.2  硬件木马的分类方式	54
3.3  硬件木马植入的锚点及其攻击模型	57
3.4  硬件木马的设计方法	58
3.4.1  内部设计人员攻击	58
3.4.2  3PIP供应商攻击	59
3.4.3  CAD工具攻击	59
3.4.4  制造阶段攻击	60
3.4.5  测试阶段攻击	60
3.4.6  分销阶段攻击	60
3.4.7  FPGA木马攻击	61
3.4.8  硬件木马基准电路	61
3.5  硬件木马的检测方法	62
3.5.1  硬件木马的检测方法分类及挑战	62
3.5.2  硅前检测	63
3.5.3  硅后检测	63
3.5.4  实时检测	64
3.5.5  无参考芯片的硬件木马检测方法	65
3.5.6  基于机器学习的硬件木马检测方法	65
3.5.7  FPGA硬件木马检测	67
本章小结	67
第4章  基于数字水印的VLSI IP保护	68
4.1  VLSI IP简介	68
4.1.1  VLSI IP	68
4.1.2  水印技术	68
4.1.3  VLSI IP水印技术	69
4.1.4  本章的组织	72
4.2  VLSI IP水印技术	72
4.2.1  基于约束的IPP水印技术	73
4.2.2  IPP水印技术的要求	74
4.2.3  IPP技术流程	75
4.2.4  静态水印技术	77
4.2.5  动态水印技术	84
4.2.6  FPGA IPP水印技术	90
4.2.7  分层水印	91
4.2.8  用于设计工具和算法的水印技术	92
4.2.9  其他水印技术	93
本章小结	93

第5章  硬件过量生产与防御技术	95
5.1  硬件过量生产	96
5.1.1  硬件过量生产及其危害	96
5.1.2  硬件过量生产常用防护措施	98
5.2  硬件计量技术	102
5.2.1  被动型硬件计量技术	104
5.2.2  主动型硬件计量技术	108
5.3  硬件过量生产防御技术经典实例	114
5.3.1  实例一：水印技术	114
5.3.2  实例二：组合加锁技术	117
5.3.3  实例三：外部主动计量技术	121
5.3.4  实例四：安全分离测试技术	124
本章小结	131
第6章  芯片逆向工程与防御技术	132
6.1  引言	133
6.2  基于图像提取技术的逆向工程	135
6.2.1  图像提取	135
6.2.2  门级网表提取	139
6.3  门级网表逆向工程	141
6.3.1  重复模块识别	142
6.3.2  字级网表提取	144
6.3.3  有限状态机	144
6.4  芯片逆向工程防御技术	146
6.4.1  逻辑混淆技术	146
6.4.2  物理级电路伪装技术	150
6.4.3  逻辑锁定技术	152
6.4.4  制造分离技术	161
6.5  PCB级逆向工程和系统级逆向工程	166
6.5.1  PCB级逆向工程	166
6.5.2  FPGA逆向工程及其防御	168
本章小结	170
第7章  侧信道攻击与防御技术	171
7.1  引言	172
7.1.1  侧信道攻击简介	172
7.1.2  侧信道防御简介	172
7.1.3  侧信道攻击方法	173
7.2  侧信道信息泄露	173
7.3  功耗分析方法	175
7.4  时间分析方法	178
7.5  其他分析方法	180
7.5.1  故障分析	180
7.5.2  高速缓存分析	182
7.6  侧信道防御方法	183
7.6.1  密码算法防御技术	183
7.6.2  密码芯片设计防御技术	186
7.6.3  可证明安全框架与防御技术	187
7.6.4  侧信道攻击实现技术	190
7.6.5  侧信道防御实现技术	195
7.6.6  侧信道评估技术	206
本章小结	209
第8章  故障攻击与防御技术	210
8.1  引言	211
8.1.1  密码故障注入	211
8.1.2  密码故障分析	213
8.1.3  密码故障防御	215
8.2  对称密码算法故障分析	216
8.2.1  高级加密标准的故障分析	216
8.2.2  对称故障分析防御方法	219
8.3  非对称密码算法故障分析	224
8.3.1  RSA故障分析	224
8.3.2  非对称故障分析防御方法	229
8.4  故障攻击实现技术	229
8.4.1  微处理器故障注入技术	230
8.4.2  FPGA和ASIC故障注入技术	240
本章小结	245
第9章  处理器芯片安全	247
9.1  引言	248
9.2  微架构定义与优化技术	248
9.2.1  CPU微架构	249
9.2.2  CPU微架构优化技术	250
9.2.3  异常和微码辅助	251
9.3  微架构时间信道攻击方法	251
9.3.1  经典侧信道攻击	251
9.3.2  瞬态执行攻击	255
9.4  微架构时间信道防御措施	259
9.4.1  干扰高精度计时器	260
9.4.2  资源隔离	260
9.4.3  限制推测	261
9.4.4  禁止未授权目标访问	262
9.4.5  不可见的状态变化	262
9.5  挑战与未来	263
9.5.1  关键性挑战	263
9.5.2  未来研究方向	264
本章小结	265
第10章  后量子公钥密码技术	266
10.1  引言	267
10.1.1  量子理论概述	267
10.1.2  量子计算机	267
10.1.3  量子计算与通信安全	270
10.2  后量子公钥密码技术的概念与特征	271
10.2.1  后量子公钥密码技术概述	271
10.2.2  后量子公钥密码技术的特征	272
10.3  后量子公钥密码技术的研究现状	273
10.3.1  NIST后量子密码算法征集	273
10.3.2  参与情况与应用现状	276
10.4  实现后量子公钥密码算法的途径	278
10.4.1  基于哈希	278
10.4.2  基于编码	279
10.4.3  基于格	280
10.4.4  基于多变量	282
10.5  后量子公钥密码系统举例	283
10.5.1  一种基于散列的公钥签名系统	283
10.5.2  一种基于编码的公钥加密系统	284
10.5.3  多元二次公钥签名系统	285
10.6  后量子公钥密码算法的加速和可用性	287
10.6.1  分析后量子公钥密码技术的研究经验	287
10.6.2  后量子公钥密码算法的加速	288
10.6.3  后量子公钥密码技术的机遇与挑战	289
本章小结	290
第11章  固件安全	292
11.1  引言	293
11.2  固件简介	293
11.3  固件存储的位置	295
11.4  固件读取	297
11.4.1  通过编程器读取外部Flash	297
11.4.2  通过引导程序读取固件	299
11.4.3  通过调试接口读取固件	301
11.4.4  通过拆解芯片获取固件	303
11.4.5  通过网络截获固件	306
11.5  固件保护	307
本章小结	308
跋	309

集成电路芯片已广泛应用于工业生产、交通运输、移动通信、金融支付等众多关系国计民生的领域，成为我国信息化和信息安全体系的重要基础。这不仅表现在信息处理要依赖集成电路技术，更反映在集成电路的安全决定了被处理信息的安全。由于信息产业构建在“硬件”基础之上，若不能保证系统的硬件安全，其他任何形式的信息安全都无从谈起。例如，IEEE Spectrum曾报道，2007年以色列导弹袭击叙利亚时，叙利亚雷达系统没有做出必要的预警，科学家分析其原因是雷达系统使用的商业芯片在制造过程中被植入了“硬件木马”；2018年1月曝光的史诗级CPU漏洞“幽灵”和“熔断”导致Intel公司的市值蒸发近110亿美元；2020年8月，Check Point发现高通骁龙的DSP芯片存在400多个漏洞，影响全球超过40%的手机机型；2023年，中国网络安全审查办爆出美光存储芯片存在严重安全漏洞和后门，禁止用于我们关键基础设施项目；2024年9月，黎巴嫩寻呼机爆炸事件造成4000多人受伤，11人遇难，引发了全球对电子设备硬件安全隐患的高度关注；2025年，国家互联网信息办公室就H20算力芯片漏洞后门安全风险问题约谈英伟达公司。近年来，集成电路硬件安全成为网络空间安全和集成电路科学与工程和网络空间安全两大一级学科的新兴交叉研究方向，社会迫切需要具有硬件安全知识的高素质人才，因此对于硬件安全的相关教育迫在眉睫。
本书的内容条理清晰，语言通俗易懂，体现了硬件安全领域从过去到现在的发展历程，是深度与广度的结合。本书可以提高读者探索集成电路硬件安全领域的兴趣，精读本书的读者可以深入了解硬件安全知识，为将来的专业学习奠定重要基础。
目前，集成电路硬件安全领域的发展已经初具规模，系统性地分为几个板块，本书根据这些专业领域，分章详细介绍相关知识。
第?1?章主要阐述集成电路硬件安全的发展态势，硬件安全的相关概念、威胁和防护技术。
第?2?章介绍硬件安全原语，主要包括物理不可克隆函数和真随机数发生器，以及其面临的威胁和相关应用。
第3章探讨硬件木马的产生、特性、分类和攻击模型，以及检测技术。
第4章介绍基于数字水印的VLSI IP保护技术。
第5章分析硬件过量生产的原因和危害、硬件计量技术，以及硬件过量生产防御技术。

第6章主要介绍芯片逆向工程与防御技术，包括基于图像提取技术的逆向工程、门级网表逆向工程等。
第7章讨论侧信道的分类（如功耗、时间等）、攻击和防御方法。
第?8?章介绍故障攻击的危害和影响，并对对称密码算法和非对称密码算法进行故障分析，探讨故障攻击防御与实现技术。
第9章介绍处理器芯片安全。
第10章介绍后量子公钥密码技术。
第11章介绍固件安全，包括固件读取、固件保护等。
本书各章的编写分工具体如下：第1、2、5、6、9章由南京邮电大学的张吉良编写，第2章的2.2节由清华大学的杨博翰编写，第3章由华东师范大学的薛明富编写，第4章由哈尔滨工业大学深圳研究生院的崔爱娇编写，第7章由武汉大学的唐明编写，第8章由浙江大学的张帆编写，第10章由河海大学的曹元编写，第11章由绿盟科技的刘文懋和张克雷编写。全书由张吉良统稿。在此向各位作者做出的努力表示衷心感谢！
在本书编写过程中，南京邮电大学的陈聪聪、申超群、张源参与了本书部分工作，特此感谢。同时，作者参考了大量国内外相关文献（放在每章的章首页处，请扫描相应的二维码获取），收获颇丰，特此向奋战在学术前线的专家和学者们致敬！
最后，由于集成电路硬件安全领域发展迅速，作者的水平有限，文中疏漏和不妥之处在所难免，敬请读者批评指正！


作  者

张吉良，国家优青基金获得者，湖南省科技领军人才，湖湘青年英才，湖南省杰出青年基金获得者；获湖南大学优秀教师奖、湖南大学首届优秀教师新人奖、CCF杰出演讲者、CCF集成电路Early Career Award、湖南省电子学会"最美科技工作者” 、湖南省自然科学奖二等奖（第一）、中国发明协会发明创业奖（个人奖）。

本书配套资源下载

对不起，暂无音视频资源！