一种利用PCB跟踪环形振荡器检测假冒PCB的新方法


在现代半导体供应链中,存在着诸如集成电路(IC)和印刷电路板(PCB)等假冒产品,严重危害了电子系统的安全性和可靠性,也造成了供应商利润和声誉的损失。现有的大多数研究论文都是单独防止或检测假冒IC和PCB基板,而不进行PCB整体测试,通常需要外部设备的协助。



在本文中,提出了一种新的基于环形振荡器的PCB认证(ROPA)方法来检测供应链中的假冒PCB,该方法利用基于PCB跟踪的环形振荡器(PTRO)和一种新的PCB特征提取方法。通过将PCB切换到不同的加载模式,特征可以反映PCB轨迹和整体阻抗中的工艺变化。ROPA可以独立于外部设备提供IC和PCB认证,并允许用户进行远程认证。ROPA结构在多个基准上实施时,显示出有利的面积(平均0.301%)和功率(平均0.355%)开销。然后,在一组真实和假冒FPGA开发板上实现ROPA,以验证假冒检测的有效性。结果表明,所提出的方法在检测篡改多氯联苯方面具有96.7%的置信度,在检测过度生产、回收和 克 隆多氯联苯方面具有100%的置信度。
本文综述了一种由pcb迹线、互补金属氧化物半导体(Cmos)基门和inpu.view组成的基于pcb迹的环形振荡器(Ptro)。




第一节威胁模型和目标


在最终用户使用所制造的PCB之前,涉及到许多不受信任的方,如系统集成商、分销商等,如图1
图1
威胁模型分布在供应链的不同阶段。
本文的目的是提出一种鲁棒的解决方案,以检测所列的假冒多氯联苯。第二至A节. 表1总结了现有的PCB防伪对策的局限性和面临的主要挑战。因此,为确保对现代供应链的信任而提出的解决办法必须具备以下标准:

1.所提出的技术必须能够同时验证PCB和IC的真实性。
2.它可以检测出上述四种类型的假冒多氯联苯。
3.所提议的技术不依赖外部设备进行数据测量和收集。
4.所提出的技术使PCB设计人员或受信任的制造商能够远程执行身份验证。
5.提出的技术应该能够保护PCB设计者和最终用户的合法权益。
表1现有对策在印制板检测中的有效性




第二节:结构


A.PTRO
Ropa主要利用PCB跟踪环形振荡器(PTRO),远程检测假冒多氯联苯.通过将振荡信号从IC传输到PCB轨迹,PTRO的振荡周期可以反映PCB轨迹、总PCB阻抗、I/O和IC过程的变化。测试人员可以在高负载模式和低负载模式之间切换多氯联苯,利用PTRO提取PCB的数字签名。
PTRO的结构如下所示图2,它由PCB道、互补金属氧化物半导体(CMOS)基门和输入/输出(I/O)引脚组成。PTRO的振荡周期可以用方程(1):
TPTRO=2∗(tPCB_trace+tIC+∑i=01tI/Oi)(1)
哪里tPCB_trace , tIC ,和tI/O 分别是集成电路中PTRO、CMOS基路径和I/O单元所使用的PCB跟踪的延迟。和tIC 可以用方程(2):
tIC=∑i=0ktgatei(2)
哪里k 构成集成电路中基于cmos的路径的门总数,以及tgatei 的延迟是i 门。
图2.
提出的PCB跟踪环形振荡器(PTRO)概述。
因此,PCB、IC和I/O单元的工艺变化会影响PTRO的振荡周期。

PTRO的振荡周期受各种工艺参数的影响,如图。这些工艺参数的变化导致不同多氯联苯上PTRO振荡周期的差异,可用于检测假冒多氯联苯。
片上环形振荡器(ORO)和PCB跟踪式环形振荡器(PTRO)的振荡周期受各种工艺参数的影响。

下面概述了在集成电路中提出的ropa结构。它由几对RO对、计数器、定时器、控制器、签名寄存器和物理不可破函数(PUF)组成。在PCB级显示建议的Ropa。
IC中基于RO的PCB认证(ROPA)结构概述。
建议的罗帕结构在多氯联苯一级。三种印有红线的PCB痕迹,可用于构造PTRO。




第三节:PCB认证方法


当高速I/O翻转使相应的I/O电压显著减小时,PTRO的振荡周期增大。由于PCB阻抗的变化,PTRO振荡周期增加。ΔTPTRO )每个PCB上都有不同。对于被篡改或老化过久的PCB,其阻抗不同于原来的阻抗,从而导致了PCB之间的不匹配。ΔTPTRO 以及数据库中的数据。
利用具有相应PUF值的RO对在不同工作负载下的所有振荡周期作为PCB的签名,并将其传递给PCB设计者以构建真实的PCB数据库(APDB)。中给出了apdb的体系结构
存储在真实PCB数据库(APDB)中的每个PCB的签名

在供应链中,防止从上游供应商、验证者(如系统集成商、最终用户等)购买假冒多氯联苯。需要向PCB设计/制造部门申请多氯联苯认证。图8给出了用于伪PCB检测的PCB签名匹配流程。
提出了一种基于该技术的印制电路板签名匹配流程。




第四节:实现和认证流程


建议的Ropa的实现和基于Ropa的身份验证流程



第五节:实验结果与分析


Ropa由五个RO对、两个16位计数器、一个16位定时器和一个控制器实现。应该注意的是,PUF用于生成唯一的ID,Ropa可以直接使用IC中现有的PUF,而无需额外的设计。在基准电路中对Ropa进行了仿真,估计了系统的开销,并在FPGA开发板上进行了功能验证。利用一套28 nm Altera 5CEFA4F23I7N FPGA开发板,验证了Ropa对假冒伪劣检测的有效性。该FPGA的I/O只有一个基准电压,即3.3V。所有FPGA开发板分为5种类型,其中包括真实的多氯联苯和所有假冒伪劣场景。PCB类型的设置在表和图
PCB类型的设置,包括真实的多氯联苯和所有伪造场景
正版印制板和4种假冒PCB。

不受信任的PCB制造商生产的多氯联苯可以超过许可的多氯联苯数量。然而,使用Ropa,从制造商运来的所有多氯联苯的PUF值都要向PCB设计者注册,而过量生产的多氯联苯则不是。当用户向过度生产的PCB申请认证时,PCB设计者可以直接将其确定为假冒伪劣产品,因为它没有注册。因此,基于Ropa的认证流程可以防止多氯联苯的过度生产。
Oros和PTRO的循环增量在一个单一的真实PCB的24小时刻录试验中。Oros和PTROS的最大循环增量分别为0.257ns和0.336ns。
在单个真实PCB的24小时烧成过程中,不同负载模式下PTROS循环增量的变化,其平均值从1.025ns下降到0.589ns。
在APDB中具有相同PUF值的10种循环多氯联苯与PCBs之间的Oros循环增量和欧氏距离。对于所有回收的多氯联苯,欧氏距离大于集成电路老化阈值(εLORO=0.224 ).

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