FPGA设计加密保护

### FPGA设计加密保护 在当前快速发展的电子产业中，现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，简称FPGA）作为一种重要的硬件平台，因其灵活性和高性能而在多个行业中得到了广泛应用。随着FPGA技术的发展及其在不同领域的普及，如何确保FPGA设计的安全性和保密性成为了一个日益重要的课题。本文将围绕FPGA设计加密保护的关键知识点进行深入探讨。 #### 设计保密性的重要性 随着FPGA在各种应用中的广泛采用，设计保密性问题变得尤为重要。传统的FPGA设计往往采用SRAM存储器单元结构，在系统启动时需要加载配置数据。这使得FPGA设计容易受到反向工程的威胁，即通过获取配置位流来复制或破解设计。此外，随着越来越多的市场领域（如无线通信、汽车电子等）对加密技术和数据保密性的需求增加，设计保密性已经成为FPGA应用中不可忽视的一部分。 #### SRAM结构FPGA的安全挑战与对策 对于基于SRAM结构的FPGA来说，主要的安全挑战在于配置位流的加载过程。攻击者可以通过简单的示波器连接在启动PROM和FPGA器件之间，截获配置位流数据。针对这一问题，通常采用的对策是使用电池备份模式。在这种模式下，配置位流在生产线阶段就已经被加载到了FPGA中，并且通过后备电池保持其状态。尽管这种方法提高了安全性，但它也带来了额外的成本，例如电池维护成本，以及一旦电池失效后，需要将设备送回工厂重新编程的风险。 #### 闪存结构FPGA的安全性 相比之下，基于闪存结构的FPGA提供了更好的设计保护。闪存结构通过充电或放电浮动栅的方式设定金属线之间的开关状态，这些设置即使在断电后也能保持不变，因此无需配置位流。虽然这种方式提高了安全性，但依然存在一定的风险。例如，攻击者可以通过逐层剥离器件的硅材料来进行反向工程，利用电压对比显微扫描技术确定芯片的工作状态，并通过物理剥离分析方法获取互连结构和晶体管结构的信息，进而重建设计。 #### 从根本上保护设计：采用本质上安全的技术 为了避免上述问题，采用本质上安全的技术是保护FPGA设计的关键。QuickLogic公司开发的ViaLink金属-金属互连技术提供了一种有效的解决方案。该技术利用非易失性非晶硅连接作为金属互连层间的编程单元，这意味着所有的数据都被存储在FPGA内部，并通过互连状态被动编码，无需在上电时加载配置位流或使用后备电池。这种技术不仅简化了设计过程，而且极大地提高了FPGA设计的安全性。 随着FPGA技术的不断发展和应用场景的扩展，设计保密性问题变得愈发重要。通过采用适当的加密技术和安全措施，可以有效保护FPGA设计免受非法攻击，确保产品的安全性和竞争力。未来，随着技术的进步和创新，预计会有更多先进的安全机制被应用于FPGA设计中，进一步加强其安全性。