Trojan Circuits masking and debugging of combinational circuits with LUT insertion

It is extremely difficult to provide 100% correctness of fabricated high performance circuits. Manufactured circuits may have logical and electrical bugs, Trojan Circuits (TCs) inclusions and so on. Sometimes it is necessary to execute slight correction of the circuit specification. If there is in-field programmability in the circuits, they may be rectified. Here partially programmable circuits are considered. They are derived from gate circuits by covering some sub-circuits by look up tables (LUTs). Some LUTs have one free input and use reserved line. The way of selection of sub-circuits oriented to masking TCs or masking arbitrary logic faults on gate circuit lines is suggested. The selection is based on using observability estimations of internal circuit lines. Note that the internal line observability estimation represents at the same time determined area (its portion in Boolean space) of the incompletely specified Boolean function corresponding to the line. We get the estimations applying operations on ROBDDs. ROBDDs are derived from gate circuit fragments. A combinational circuit (the combinational part of a sequential circuit) from gates is given. We cover its sub-circuits by LUTs either to mask TCs actions or to recover the circuit specification if faults are detected on the last stages of the circuit fabrication. Arbitrary logical faults on lines are possible, several lines may be fault, several TCs may be injected. Algorithm of reprogramming LUTs is developed, some experimental results are given

Partially programmable circuit design oriented to masking Trojan Circuits

При синтезе современных интегральных схем разработчики все чаще прибегают к услугам сторонних фирм для реализации тех или иных компонент системы (Intellectual Property cores, перепрограммируемых компонент на базе FPGA и т.д.) с целью снижения ее стоимости. В компонентах, изготовленных сторонними фирмами, могут быть спрятаны вредоносные подсхемы (Trojan circuits) c целью разрушения системы или извлечения из нее конфиденциальной информации. Trojan Circuits (TCs) обычно действуют в ситуациях, которые возникают в работающей системе чрезвычайно редко, поэтому они не обнаружимы ни в процессе верификации системы, ни в процессе ее тестирования. В работе предлагается подход к проектированию частично программируемых схем из вентилей, программируемых блоков памяти (LUTs) и программируемых мультиплексоров (MUXs), ориентированный на маскирование ТCs. Такой подход к синтезу позволяет либо замаскировать действие TC в случае ее обнаружения, либо получить схему, в которой эффективное введение TCs становится невозможным. Предложен способ перепрограммирования блоков памяти LUTs для маскирования TC. Сформулировано требование к замещающей функции, поступающей на свободный вход программируемого блока, основанное на анализе частичных функций внутренних полюсов комбинационной схемы. Построение частичных функций выполняется с использованием операций над Reduced Ordered Binary Decision Diagrams (ROBDD-графами), строящимися для фрагментов схемы. Операции характеризуются полиномиальной сложностью