一種利用PCB跟蹤環形振蕩器檢測假冒PCB的新方法

凡億PCB

2021年9月15日 09:52

在現代半導體供應鏈中，存在著諸如集成電路（IC）和印刷電路板（PCB）等假冒產品，嚴重危害了電子系統的安全性和可靠性，也造成了供應商利潤和聲譽的損失。現有的大多數研究論文都是單獨防止或檢測假冒IC和PCB基板，而不進行PCB整體測試，通常需要外部設備的協助。

在本文中，提出了一種新的基于環形振蕩器的PCB認證（ROPA）方法來檢測供應鏈中的假冒PCB，該方法利用基于PCB跟蹤的環形振蕩器（PTRO）和一種新的PCB特征提取方法。通過將PCB切換到不同的加載模式，特征可以反映PCB軌跡和整體阻抗中的工藝變化。ROPA可以獨立于外部設備提供IC和PCB認證，并允許用戶進行遠程認證。ROPA結構在多個基準上實施時，顯示出有利的面積（平均0.301%）和功率（平均0.355%）開銷。然后，在一組真實和假冒FPGA開發板上實現ROPA，以驗證假冒檢測的有效性。結果表明，所提出的方法在檢測篡改多氯聯苯方面具有96.7%的置信度，在檢測過度生產、回收和克隆多氯聯苯方面具有100%的置信度。

本文綜述了一種由pcb跡線、互補金屬氧化物半導體(Cmos)基門和inpu.view組成的基于pcb跡的環形振蕩器(Ptro)。

第一節威脅模型和目標

在最終用戶使用所制造的PCB之前，涉及到許多不受信任的方，如系統集成商、分銷商等，如圖1

圖1

威脅模型分布在供應鏈的不同階段。

本文的目的是提出一種魯棒的解決方案，以檢測所列的假冒多氯聯苯。第二至A節. 表1總結了現有的PCB防偽對策的局限性和面臨的主要挑戰。因此，為確保對現代供應鏈的信任而提出的解決辦法必須具備以下標準：

1.所提出的技術必須能夠同時驗證PCB和IC的真實性。

2.它可以檢測出上述四種類型的假冒多氯聯苯。

3.所提議的技術不依賴外部設備進行數據測量和收集。

4.所提出的技術使PCB設計人員或受信任的制造商能夠遠程執行身份驗證。

5.提出的技術應該能夠保護PCB設計者和最終用戶的合法權益。

表1現有對策在印制板檢測中的有效性

第二節：結構

A.PTRO

Ropa主要利用PCB跟蹤環形振蕩器(PTRO)，遠程檢測假冒多氯聯苯.通過將振蕩信號從IC傳輸到PCB軌跡，PTRO的振蕩周期可以反映PCB軌跡、總PCB阻抗、I/O和IC過程的變化。測試人員可以在高負載模式和低負載模式之間切換多氯聯苯，利用PTRO提取PCB的數字簽名。

PTRO的結構如下所示圖2，它由PCB道、互補金屬氧化物半導體(CMOS)基門和輸入/輸出(I/O)引腳組成。PTRO的振蕩周期可以用方程(1):

TPTRO=2?(tPCB_trace+tIC+∑i=01tI/Oi)(1)

哪里tPCB_trace , tIC ，和tI/O 分別是集成電路中PTRO、CMOS基路徑和I/O單元所使用的PCB跟蹤的延遲。和tIC 可以用方程(2):

tIC=∑i=0ktgatei(2)

哪里k 構成集成電路中基于cmos的路徑的門總數，以及tgatei 的延遲是i 門。

圖2.

提出的PCB跟蹤環形振蕩器(PTRO)概述。

因此，PCB、IC和I/O單元的工藝變化會影響PTRO的振蕩周期。

PTRO的振蕩周期受各種工藝參數的影響，如圖。這些工藝參數的變化導致不同多氯聯苯上PTRO振蕩周期的差異，可用于檢測假冒多氯聯苯。

片上環形振蕩器(ORO)和PCB跟蹤式環形振蕩器(PTRO)的振蕩周期受各種工藝參數的影響。

下面概述了在集成電路中提出的ropa結構。它由幾對RO對、計數器、定時器、控制器、簽名寄存器和物理不可破函數(PUF)組成。在PCB級顯示建議的Ropa。

IC中基于RO的PCB認證(ROPA)結構概述。

建議的羅帕結構在多氯聯苯一級。三種印有紅線的PCB痕跡，可用于構造PTRO。

第三節：PCB認證方法

當高速I/O翻轉使相應的I/O電壓顯著減小時，PTRO的振蕩周期增大。由于PCB阻抗的變化，PTRO振蕩周期增加。ΔTPTRO )每個PCB上都有不同。對于被篡改或老化過久的PCB，其阻抗不同于原來的阻抗，從而導致了PCB之間的不匹配。ΔTPTRO 以及數據庫中的數據。

利用具有相應PUF值的RO對在不同工作負載下的所有振蕩周期作為PCB的簽名，并將其傳遞給PCB設計者以構建真實的PCB數據庫(APDB)。中給出了apdb的體系結構

存儲在真實PCB數據庫(APDB)中的每個PCB的簽名

在供應鏈中，防止從上游供應商、驗證者(如系統集成商、最終用戶等)購買假冒多氯聯苯。需要向PCB設計/制造部門申請多氯聯苯認證。圖8給出了用于偽PCB檢測的PCB簽名匹配流程。

提出了一種基于該技術的印制電路板簽名匹配流程。

第四節：實現和認證流程

建議的Ropa的實現和基于Ropa的身份驗證流程

第五節：實驗結果與分析

Ropa由五個RO對、兩個16位計數器、一個16位定時器和一個控制器實現。應該注意的是，PUF用于生成唯一的ID，Ropa可以直接使用IC中現有的PUF，而無需額外的設計。在基準電路中對Ropa進行了仿真，估計了系統的開銷，并在FPGA開發板上進行了功能驗證。利用一套28 nm Altera 5CEFA4F23I7N FPGA開發板，驗證了Ropa對假冒偽劣檢測的有效性。該FPGA的I/O只有一個基準電壓，即3.3V。所有FPGA開發板分為5種類型，其中包括真實的多氯聯苯和所有假冒偽劣場景。PCB類型的設置在表和圖

PCB類型的設置，包括真實的多氯聯苯和所有偽造場景

正版印制板和4種假冒PCB。

不受信任的PCB制造商生產的多氯聯苯可以超過許可的多氯聯苯數量。然而，使用Ropa，從制造商運來的所有多氯聯苯的PUF值都要向PCB設計者注冊，而過量生產的多氯聯苯則不是。當用戶向過度生產的PCB申請認證時，PCB設計者可以直接將其確定為假冒偽劣產品，因為它沒有注冊。因此，基于Ropa的認證流程可以防止多氯聯苯的過度生產。