安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)（Security Enhancement Design）是指采用特定的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)來加強(qiáng)芯片的安全防護(hù)能力。安全防護(hù)涉及整個軟硬件體系。與軟件層面的安全技術(shù)不同，芯片的安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)特指應(yīng)用于密碼芯片和片上安全系統(tǒng)的針對旁道攻擊（又稱側(cè)信道或旁路攻擊）的防御性設(shè)計(jì)。旁道攻擊是指對密碼算法的軟硬件實(shí)現(xiàn)，以及其物理載體進(jìn)行敏感信息獲取的一系列攻擊方法。

根據(jù)旁道信息源的不同，旁道攻擊可以分為時間,功耗,電磁,聲音,故障等攻擊方法。這些攻擊方法對芯片的安全功能構(gòu)成了極大威脅。芯片是信息安全的基礎(chǔ)設(shè)施，只有首先保障芯片自身的安全性才能真正為信息社會提供安全服務(wù)，實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證，維護(hù)數(shù)據(jù)安全，構(gòu)建可信,可靠的網(wǎng)絡(luò)空間。

安全性增強(qiáng)設(shè)計(jì)依據(jù)三項(xiàng)基本原理對抗旁道攻擊。1）隨機(jī)化：通過一定措施將密碼芯片的時間,功耗,電磁,聲音等信息隨機(jī)化，使得攻擊者的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與相關(guān)性分析過程發(fā)生巨大困難。2）盲化：通過數(shù)學(xué)和算法上的設(shè)計(jì)，使得攻擊者缺少關(guān)鍵的額外信息，不能預(yù)知密碼計(jì)算過程的敏感內(nèi)容，從而無法進(jìn)行相應(yīng)的旁道信息分析。3）掩蔽：密碼芯片通過產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)作為掩碼，對密碼運(yùn)算的中間結(jié)果進(jìn)行掩蔽，而運(yùn)算的最終結(jié)果卻可以正確恢復(fù)出來。掩碼導(dǎo)致了中間結(jié)果具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，旁道信息的統(tǒng)計(jì)與分析難度因此急劇上升。

目前，算法級,架構(gòu)級,電路級等多個層面的安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)技術(shù)均得到了研究與發(fā)展。對于對稱與非對稱密碼可以開發(fā)相應(yīng)的抗攻擊算法，從而在算法結(jié)構(gòu)上對可能泄露的旁道信息進(jìn)行消除與隱藏。抗攻擊算法勢必引入一定的冗余運(yùn)算，這將導(dǎo)致密碼芯片在性能與功耗上的額外負(fù)擔(dān)?？梢葬槍χ醒?a target="_blank">處理器與密碼運(yùn)算加速器的微架構(gòu)進(jìn)行安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)，如通過修補(bǔ)微架構(gòu)漏洞,添加安全指令與特殊硬件單元，能夠?qū)Χ喾N旁道攻擊起到良好的抑制作用，另外，可以采用高安全性的新型邏輯電路，從根本上解決CMOS互補(bǔ)邏輯電路存在面積大,功耗高的問題，如何平衡攻擊能力與實(shí)現(xiàn)代價也是重要的研究課題。如圖5-100所示，實(shí)現(xiàn)芯片的安全增強(qiáng)需要系統(tǒng)性,跨層次的設(shè)計(jì)技術(shù)，從而在各個設(shè)計(jì)層次建立安全屏障，防止攻擊者利用各個層次的漏洞和旁道信息威脅芯片核心部分的安全。

安全性增強(qiáng)設(shè)計(jì)的出現(xiàn)與旁道攻擊技術(shù)的迅猛發(fā)展密切相關(guān)。20世紀(jì)90年代末，Paul Kocher 教授提出的差分功耗攻擊方法在旁道攻擊發(fā)展史上具有里程碑的意義。自此之后，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界充分認(rèn)識到密碼芯片必須具備防御旁道攻擊的措施和技術(shù)，從而催生了安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)這一技術(shù)方向。英飛凌,恩智浦等公司在安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)方面積累了雄厚的技術(shù)實(shí)力，已使其芯片產(chǎn)品具備抗攻擊特性。近年來，中國在密碼芯片的安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)方面取得了很大進(jìn)步，國內(nèi)相關(guān)集成電路設(shè)計(jì)公司研制了具有一定防御攻擊能力的智能卡芯片，在安全防護(hù)方面形成了相應(yīng)的技術(shù)能力。隨著互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)空間安全問題日益凸顯，芯片的安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)的重要性也日漸突出。未來不僅集成電路設(shè)計(jì)單位，而且各類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司及互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營企業(yè)都將為提高芯片安全性這一重大課題貢獻(xiàn)力量。

安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)技術(shù)將繼續(xù)向前發(fā)展，同時工業(yè)界將研制與完善面向芯片防護(hù)的全流程自動化檢測設(shè)備與集成開發(fā)環(huán)境。全流程的安全增強(qiáng)設(shè)計(jì)將把各層次單點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)集成為一個有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)效能最大化；同時注意硬件載體與軟件環(huán)境的協(xié)同開發(fā)，提升自動化和智能化水平，保證良好的用戶體驗(yàn)。

審核編輯 ：李倩