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一种集成多 接口的功耗 信号采集装置

阅读：483发布：2023-05-27

专利汇可以提供一种集成多接口的功耗信号采集装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明是一种针对集成多种通信接口的功耗信号的采集装置,用于信息安全领域中，采集相应接口的芯片运行时的功耗信号。本发明在读写器中集成多种通信主接口，包括I2C、SPI、SWP、UART等，可与相应从接口的目标芯片进行通信，读写器串连电流探头为目标设备供电，通过采集电流探头的信号表征目标芯片的功耗变化。本发明特征在于通过计算机控制读写器的通信接口与目标芯片通信，利用读写器的端口(TRIG OUT)触发示波器，示波器通过信号放大器 (可选或者直接)连接串连在读写器和目标芯片间的电流探头采集目标芯片的功耗信号。采集到的信号能够表征目标芯片功耗的变化，可用于进行侧信道攻击测试。计算机与示波器通过网口或者USB接口连接，获取信号数据并以文件方式保存。，下面是一种集成多接口的功耗信号采集装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种集成多接口的功耗信号采集装置，其特征在于,主要包含计算机、示波器、集成多接口读写器以及电流探头，其中：所述计算机通过USB接口连接控制集成多接口读写器，集成多接口读写器连接电流探头采集功耗消耗，集成多接口读写器同时连接示波器向示波器提供触发信号，电流探头连接示波器，将采集到的功耗发送给示波器转换成数字信号，示波器连接计算机发送功耗数据，计算机将功耗数据保存。
2.根据权利要求1所述的一种集成多接口的功耗信号采集装置，其特征在于，该功耗信号采集装置还可以包括信号放大器；所述电流探头连接所述示波器，还可以是所述电流探头通过信号放大器连接所述示波器。
3.根据权利要求1所述的一种集成多接口的功耗信号采集装置，其特征在于，所述集成多接口读写器集成的接口包含I2C、SPI、SWP、UART等多种通信接口，计算机控制集成多接口读写器所使用的通信接口与所述目标芯片进行数据交换。
4.根据权利要求1所述的一种集成多接口的功耗信号采集装置，其特征在于，所述集成多接口读写器的触发端口(TRIG OUT)连接所述示波器的采样通道，在向目标芯片发送完最后一个字节的数据后为所述示波器提供触发信号。
5.根据权利要求1所述的一种集成多接口的功耗信号采集装置，其特征在于，所述集成多接口读写器的通过串连所述电流探头为目标芯片进行供电,所述电流探头的信号输出端通过信号放大器或者直接连接所述示波器传输功耗信号。

说明书全文

一种集成多接口的功耗 信号采集装置

技术领域

[0001] 本发明主要应用于信息安全领域，对安全性要求较高的场合中，采集芯片的功耗信号，以进行安全性分析。

背景技术

[0002] 物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。

[0003] 随着物联网的高速发展，物联网设备的信息安全也就变得越来越重要。现如今，物联网越来越多采用的安全解决方案是物联网设备集成安全芯片，安全性完全由集成的安全芯片保证。因此对物联网设备安全性的评价就相当于对其集成的安全芯片的评价。

[0004] 物联网设备与集成的安全芯片之间的通信接口是多种多样、五花八门的，比较常2
见的有I C、SPI、SWP、UART以及其他一些通用的通信接口。芯片支持的接口虽然越来越多，基本覆盖了上述常见的通用接口，然而一种设备与其集成的芯片往往只使用一种接口进行通信，芯片同样只接受一种通信接口与其交换数据。

[0005] 密码算法在一定的物理设备上实现时可能泄露各种各样的旁路信息(如运行时间、功率消耗、电磁辐射等)。物联网设备集成的安全芯片运行过程中产生的功耗与芯片中处理的数据是相关的，执行密码算法的设备产生的功耗蕴含着和密钥信息相关的有用信息。这些信息中和密钥相关的部分可以为破解密码系统提供帮助。通过采集安全芯片的功耗变化，研究信号变化与内部处理数据之间的相关性而获取内部秘密参量。

[0006] 在物联网安全性评价过程中，面对如此多种多样的接口芯片，针对每种接口开发一种通信采集信号装置有浪费成本，效率低，管理不便等缺点。而与物联网设备通信面临着更多的接口协议，并且信号噪声大，信号质量极低，对物联网设备不能客观的进行安全性评价。

[0007] 因此能够高效的通过多种通信接口采集高质量的功耗信号是对物联网设备安全性评价亟待解决的问题。

发明内容

[0008] 本发明的内容在于发明了一种集成了多接口的功耗信号采集装置。

[0009] 集成多接口的功耗信号采集装置的设计思路是：计算机通过控制集成多接口的读写器选择与目标芯片的接口进行数据交换，同时读写器在向目标芯片发送完最后一个字节时提供触发信号，能够精准的控制示波器的采集时间。对于信号采集方面，读写器为目标芯片供电，通过串连一个电流探头与目标芯片的电源进行连接，示波器采集电流探头上的信号变化表征目标芯片的功耗变化，简单高效且信号质量高。

[0010] 当CMOS数字电路的一个比特位从1翻转到0或者从0翻转到1时，会产生一个短暂的电流脉冲，这即可能反应出芯片运行时的数据特征。

[0011] 为了高效地进行芯片安全性评价，能够快捷地进行数据通信、选用合适的触发信号，并且精确的处理芯片的功耗信号三者缺一不可。

[0012] 首先，本发明选择集成了多种接口的读写器与目标芯片进行数据通信，具有如下技术特点：

[0013] 1)读写器集成了多种通信接口，包含I2C、SPI、SWP、UART等，基本覆盖了目前通用的通信接口，计算机可以自由控制当前通信使用的接口，快捷高效；2)读写器可以在向发送给目标芯片最后一个字节后为示波器提供触发信号，节省了前面大量发送数据的时间，触发精准；其次，本发明读写器为芯片直接供电，通过串连在芯片电源上的电流探头采集功耗信号，信号质量高，能够更直接、客观的进行安全性评价。。

[0014] 使用本发明所公开的方法，不必分别针对每种接口制造特殊的读写器设备，即能够采集到高质量的功耗信号。附图说明

[0015] 图1设备连接示意图

[0016] 图2采集程序架构示意图

具体实施方式

[0017] 图1是本发明的设备连接示意图，其中，虚线框内为本发明的实际组成结构。从图中可以看出，计算机通过USB接口控制读写器选择接口类型与目标芯片进行数据交换；读写器的触发端口连接示波器采集通道，给示波器提供触发信号；读写器的供电端口串连了电流探头为目标芯片进行供电；计算机通过网络接口或者USB接口与示波器连接进行数据传输。

[0018] 图2给出了采集程序架构示意图，其中采集程序主要负责在采集过程中的流程控制，如：设备接口选择、命令更换、参数设置、曲线输出、激活示波器等。设备嵌入式程序为主要执行选择与芯片的通信的接口，将数据发送给芯片后，提供触发信号。

[0019] 基于以上的分析，对芯片功耗采集主要分为以下几步进行：

[0020] 首先，按照图1的连接方式将设备按照规则进行连接，即：计算机通过USB接口连接读写器读写器相应的接口与目标芯片连接进行数据交换；将读写器的的TRIG OUT接口连接示波器通道作为触发信号；将读写器的供电端口连接电流探头后为目标芯片供电；电流可以根据实际采集信号的情况选择使用信号放大器连接示波器将电流探头的信号变化传输给示波器；将计算机与示波器通过USB接口或网络接口连接进行数据传输。

[0021] 第二，采集程序设置读写器的设备参数，建立控制读写器的数据传输通道，建立与示波器的数据传输通道，并设置示波器的采样参数，创建曲线文件。

[0022] 第三，采集程序调用示波器等待接口使示波器进入等待状态，调用发送数据接口发送命令，读写器根据配置参数设定由计算机选择的接口与目标芯片进行通信，并在发送完最后一个字节后，提供触发信号给示波器，示波器开始采集电流探头上的信号变化作为芯片的功耗信号。

[0023] 第四，采集程序接收读写器与目标芯片通讯的返回数据，调用示波器数据传输接口获取示波器采样数据，并将数据写入曲线文件。

[0024] 第五，采集程序重复执行第三、第四步，直至采集曲线结束。

[0025] 本发明利用上述集成多接口的功耗信号采集装置，计算机可以自由控制读写器集成的多种通信接口，快捷高效，能够在发送完最后一个字节时精准触发，示波器直接采集芯片电源上的功耗变化，采集的信号质量好，使安全性评价更客观高效。

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