一种基于SRAM工艺FPGA的防克隆保护方法*

刘 贺，刘 瑶，杨 竞，王小骥，刘星江

（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引 言

以现场可编程逻辑门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）为核心的可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）因具有用户可编程和在线动态重构的特性，方便了电子产品设计的修改和升级，提高了产品的灵活性和通用能力，缩短了产品的开发和上市时间，在现今的电子系统中得到广泛的应用和迅速的发展。

在FPGA中使用的设计和配置数据代表了系统中知识产权的重要部分，然而FPGA设计面临着克隆（Cloning）、反向工程（Reverse Engineering）、篡改（Tampering）和过度构建（Overbuildering）等威胁[1]。其中克隆是指通过复制获得FPGA设计的相同副本，而不需要理解它是如何工作的，窃取方即可零设计成本仿造、伪造产品，这极大地损害了正品厂商的品牌声誉和利益，随着竞争变得越发激烈，FPGA内部设计电路和知识产权的安全性成为产品市场化必须考虑的因素[2]。

基于静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory，SRAM）工艺的FPGA具有易失性，每次上电都需由外部进行重新配置，这使得剽窃者可以轻松通过对FPGA的配置数据引脚进行采样，得到该FPGA的配置数据流，实现对FPGA内部设计电路的克隆。

基于反熔丝等技术的FPGA芯片虽然可以很好地解决防克隆、逆向工程破解、篡改等问题，但限于如规模、成本或技术等各方面的原因，在国内外基于SRAM工艺的FPGA仍处于主流地位。这使得对基于SRAM工艺的FPGA芯片的防克隆研究具有重要现实意义。

为此，本文提出一种由FPGA外置安全电路结合杂凑算法（HMAC方式）和伪随机序列生成等技术手段进行合法性认证检测来提高FPGA防克隆的安全设计方法。……