本文将深入探讨硬件安全面临的主要威胁、IC信任的重要性，以及当前用于风险检测与防护的技术手段。
认识硬件安全
硬件安全是指通过各类技术手段保护物理组件免受未经授权的访问、篡改或恶意修改。相比软件漏洞，硬件安全隐患更难以发现和处理。一旦安全机制缺失，可能导致系统瘫痪、数据泄露，甚至引发国家安全风险。尤其值得注意的是，当今硬件组件普遍依赖全球化供应链进行制造，容易受到诸如仿冒、逆向工程、恶意修改等安全风险的影响，这些问题可能造成敏感信息泄露、系统失效，甚至关键设备被远程操控。
主要安全威胁
在硬件安全领域，主要威胁可归纳为以下几类：- 知识产权盗窃（IP Theft）：攻击者在芯片设计或制造阶段非法获取设计信息，导致芯片被复制或篡改，侵蚀企业创新成果，并带来巨大经济损失。
- IC克隆与超量生产：未经授权仿制芯片或擅自生产超出订单数量的芯片流入市场，这些“非正规”芯片可能存在安全隐患或可靠性不足。
- 伪造IC元件：回收、翻新甚至仿冒的芯片被冒充正品出售，性能不稳定或暗藏漏洞，广泛应用于关键系统可能引发严重后果。
- 硬件特洛伊木马（Hardware Trojans）：攻击者在设计或制造过程中植入恶意电路，影响芯片功能，可能导致信息泄露、系统控制权被篡夺或硬件损毁。由于其隐蔽性强，检测极为困难。
硬件安全与信任的重要性
在军事防御、金融系统、医疗设备、工业控制等关键应用场景中，硬件安全的意义尤为重大。一旦发生安全事件，可能带来如下后果：- 机密信息被泄露
- 关键系统被非法控制
- 基础设施遭受物理破坏
- 企业或行业遭受重大财产损失
因此，建立对硬件的信任需从两个方面入手：
- 在部署前或运行中对潜在威胁进行有效检测；
- 引入防护机制，防止恶意篡改或非法使用硬件组件。
检测硬件特洛伊木马的方法
由于硬件特洛伊木马隐蔽性高、危害大，学界与产业界已开展大量研究，目前主流的检测方法主要包括：1. 毁损性检测（Destructive Detection）
通过拆解芯片并与原始设计对比，以发现是否存在恶意篡改。虽然准确率高，但存在耗时长、成本高、芯片报废等问题，因此不适合大规模应用。近年来，研究者引入支持向量机（SVM）、K均值聚类等机器学习方法，提升检测效率。2. 逻辑测试（Logic Testing）
通过施加激励信号并观察输出是否异常来判断是否存在木马。尽管可以增强测试覆盖率，但若特洛伊木马被设计为仅在特定条件下激活，仍可能规避检测。3. 旁路测试（Bypass Testing）
检测芯片运行时的电路延迟、功耗、辐射或热量变化，通过这些微小异常判断是否存在木马。这种方式的优势在于无需掌握芯片内部结构，适用于成品检测。
主动防御策略：从设计源头杜绝风险
除了检测机制，从源头防范风险同样重要。“可信设计”（Design for Trust，DFT）是一种在芯片设计早期即嵌入安全机制的策略，常用手段包括：- 逻辑加密：对逻辑电路进行加密，提高篡改难度；
- 电路混淆：增加电路复杂性，防止逆向工程；
- 分离制造：将芯片制造流程分布于不同工厂，降低整体泄密风险；
- 安全布线：在布局布线阶段引入防篡改算法。
全方位确保硬件安全的策略
确保硬件安全并非依靠单一环节，必须贯穿整个芯片设计、制造与后期验证全流程，当前主要策略包括：1. 安全设计实践
- 软硬件协同设计：同步嵌入安全考量，形成完整保护体系；
- 形式化验证：借助数学手段验证设计的正确性与安全性；
- 安全感知综合：利用具备安全意识的EDA工具自动防护已知威胁。
2. 安全制造流程
- 供应链安全：对原材料和关键器件实施严格管控；
- 可信代工厂：与具备资质的制造商合作，并定期审查安全措施；
- 水印/指纹标识：在芯片设计中嵌入唯一标识，用于防伪验证；
- 分离制造工艺：防止单一工厂掌握完整设计，提高安全性。
3. 持续监测与检测机制
- 自我测试（BIST）：芯片内建自检功能，实现实时监控；
- 容错冗余：部署冗余模块，即便遭受攻击也可维持核心功能；
- DFT融合策略：将检测、防御机制融合于芯片开发全生命周期中。
结语
在现代技术体系中，硬件安全正成为不可忽视的焦点。从知识产权盗窃、克隆与仿冒芯片，到潜伏的硬件木马，这些威胁无一不对系统的稳定性与信任性构成巨大挑战。要构建可信的电子系统，必须在设计、制造和运行各阶段引入有效检测手段与主动防御机制。尤其是“可信设计”（DFT）策略，为从源头保障安全提供了关键支撑。
硬件安全和信任早已不再是某些工程领域的“专属议题”，而是保障现代科技体系韧性与可持续发展的基础工程。唯有通过行业、学术、政策制定者与企业间的协同合作，持续投入安全解决方案的研发，才能在不断演进的威胁中构建一个更加可信、安全的技术未来。
——来源：https://www.eetasia.com/
