集成电路设计中ip核的保护措施
中国集成电路2 0 0 6!6!h t t p“/ / w w w . c i c ma g . c o m# 总第8 5期$知识产权保护C h in a ln te g r a te d C ir c u ltCIC1概述随着半导体工艺技术的发展% 芯片设计正逐渐朝S O C#( S y s t e mo n a C h i p片上系统$ 方向发展%将整个电子整机的功能集成到一个芯片中& 在S O C设计中%重用以前设计完成的核来进行设计%可以有效地缩短产品开发周期并降低成本% 这便是基于可重用I P核 #I n t e l l e c t u a l P r o P e r t y$ 的S O C设计方法& 能否有效的重用I P核% 成为影响S O C发展得重要因素之一&然而%在竞争激烈的市场实行共享%I P核知识产权被侵犯的危险性很大%从而阻碍I P核的复用效率& 对I P核实行有效的保护%有着不可忽视的重要性& 本文从法律和技术两个方面%介绍了一些I P核的保护措施&2I P核简介根据V S I A (虚拟器件接口联盟)对I P的定义, I P核分为硬核软核和固核3种形式&I P硬核%是基于半导体工艺的物理设计& 硬核已有固定的拓扑布局和具体工艺%并经过工艺验证%具有可保证的性能& 其提供给用户的形式是电路物理结构掩模版图设计和所依据的工艺技术&I P软核%通常是用H D L文本形式提交给用户%它经过R T L级设计优化和功能验证%但不含有完整的具体的物理信息& 用户可以自己综合出正确的门电路级设计网表%并进行后续的结构设计%具有很大的灵活性&I P软核借助于E D A综合工具可以很容易地与其他外部逻辑电路合成一体% 根据各种不同半导体工艺%设计成具有一定功能的器件&I P固核% 其设计程度介于软核和硬核之间%除了完成软核所有的设计外% 还完成了门级电路综合和时序仿真等设计环节& 一般以门级电路网表的形式提供给用户&3I P核的法律保护方法I P的保护方案可以分为法律和技术两个层面%从法律层面上来讲%I P所有者通过合法手段阻止I P侵害者窃取I P的企图%并不提供任何物理保护& 现用的法律保护类型有5种“专利版权商标商业机密半导体掩模著作权&专利权( P A T E N T S )“专利权一般用于保护创新的( 构思) & 包括方法程序系统声明及主张& 技术创新观念的专利保护%要满足以下条件“新颖性%提供发明步骤和准确的描述&申请具有针对性的专利%不但可用于保护自己的知识产权观念% 也可用于阻碍竞争者发展相应新产品&版权/著作权( C O P Y R I G H T S )“著作权可用于保护原始设计者的工作% 但不能保护非原始设计者的北京交通大学电子信息工程学院邢强骆丽集成电路设计中 I P核的保护措施摘要“基于可重用I P核的S O C设计已经成为集成电路产业一个趋势& 对I P核的保护也越来越受到重视&I P核的保护措施分法律和技术两个层面& 本文介绍了法律保护的方法%并对I P核的水印保护技术进行了研究和比较&7 3CIC中国集成电路 C h in a ln te g r a te d C ir c u lt知识产权保护2 0 0 6!6!“ 总第8 5期#h t t p$/ / w w w . c i c ma g . c o m工作% 当原始的 & 构思 透过有形媒介而具体化后(如数字存储形式( d i g i t a l s t o r a g e f o r m )(这种保护即刻产生% 版权不需要注册登记和通告( 与专利权相比较(版权取得的时间较快且价钱较低%注册商标( T R A D E M A R K S )$ 注册商标是保护产品) 服务及公司特有的标志符号与名称% 为取得法律的保护(所选择的商标必须要有区别性才能呈请备案注册%商业机密权( T R A D ES E C R E T S )$高新的科技产品多在保密环境下发展( 而可取得商业机密权的法律资格% 若某公司欲取得此项保护( 须满足三个基本条件$有用信息)机密管理和不公开机制% 除了必须证明这些主要信息是足以提供竞争优势的机密信息外( 还要证明该公司为确保该信息的机密性所付出的努力% 为了维护商业机密权( 应使用保密同意书的签署( N o n - D i s c l o s u r e A g r e e m e n t s(N D A )以及其它敏感文件所有权的先行告诫%半导体掩模著作权( M A S K WO R K S )$ 半导体芯片的布局若含有原始电路设计就可得到保护% 即使半导体掩模著作权的保护范围无法向上延伸到初步布局的资料( 如电路网表或硬件描述文档( h a r d w a r ed e s c r i p t i o n f i l e )(但仍是特别为抵制未经授权的仿冒芯片布局资料的保护措施%目前我国( 与I P核保护相关的法律及条例有* 中华人民共和国专利法+ ) * 中华人民共和国著作权法+ ) * 计算机软件保护条例+ 和* 集成电路布图设计保护条例+ 等(但一个完善的I P核的法律体系尚未建成% 只有成熟的法律体系( 才能以更公平的价格引进更多优秀的国外I P核(才能更加促进国内I P核设计业的发展% 所以如何有效地建立I P相关法律保护体系(愈来愈受到人们的关注%4I P核的数字水印保护技术技术上(I P核的保护分为两大类$保护和探测%保护包括采取积极措施来阻止I P的非法使用%保护机制包括两方面$一是许可协议,二是加密% 而探测方法包括$厂商I P跟踪或标识)数字指纹)噪声指纹和数字水印%本文主要介绍了数字水印的保护技术%数字水印是指利用一定的算法( 在数据中嵌入具有不可知觉性)鲁捧性)抗检测性的含有认证信息的数字编码技术% 在l P核知识产权保护中采用数字水印的核心思想是$ 把一个可以识别原设计者的数字标识嵌入到I P模块中%这种数字水印必须满足鲁棒性)透明性)不引起I P模块功能下降(芯片占用面积少和额外设计费用少等要求%如上所述(现在有3种不同的I P核(其对应的水印添加策略也不同(下面分别介绍各种实现方法%4 . 1硬核的水印添加技术硬核的水印添加分为前添加和后添加两种%前添加是指对作者在设计输入时进行水印嵌入(再将添加了水印的设计进行综合)优化及生成版图%4 . 1 . 1硬核的水印前添加( 1 )将设计者的版权相关的信息(编成二进制代码%( 2 )用一种公)私钥加密算法(如R S A算法(用设计者的私钥对以上版权信息进行加密( 使信息带上设计者的数字签名%验证信息时(设计使用者的公钥对加密信息进行解密( 就能检测该信息是否带有设计者的数字签名%( 3 )利用一种函数(将带有数字签名的信息生成一个数字摘要% 选择适当的函数以保证不同的信息生成同一个数字摘要的可能性几乎为零% 可使信息被伪造的可能性降低%( 4 )在保证路径延时特性的前提下(对电路结构进行部分修改% 并对修改方式赋予特定的含义(表示为代码或代码组合( 将数字摘要分段嵌入其中%还可以在对延迟要求不严格的非关键路径上( 通过改变其布线的方式来嵌入水印% 并对走线方式赋予特定的含义(表示为代码或代码组合(将数字摘要分段嵌入其中%( 5 )将修改过后的电路重新综合(生成版图%4 . 1 . 2硬核的水印后添加7 4中国集成电路2 0 0 6!6!h t t p“/ / w w w . c i c ma g . c o m# 总第8 5期$知识产权保护C h in a ln te g r a te d C ir c u ltCIC后添加是指对已设计好了的版图进行水印添加% 在版图上随机地选取一些位置& 在各处加入无效的布线或模块&并对该布线和该模块赋予特定的含义&表示成代码或代码组合&将数字摘要分段嵌入其中%前添加和后添加方案相比& 前者的缺点是可能会对电路的延时功耗和面积等性能造成一定影响&优点是攻击者难以找到 修改和删除设计者加入的水印% 后者则相反&不会对芯片性能造成影响&但安全性比前者差%4 . 2固核的水印添加技术固核比硬核具有更大灵活性& 可被用户局部修改和重新综合&但也增加了添加水印的难度% 用于保护硬核的局部电路修改法&已不能很好的保护固核%固核水印保护技术需要对整体电路进行修改%较常用的方法是将设计的原始状态转移图进行变换&加入一些冗余状态%加入的冗余状态用于检验用户输入的数字摘要是否有效% 冗余状态是由正确数字摘要的长度和输入位宽决定% 冗余状态是一个m e a r I y型状态机& 状态的正确转移要受到输入的影响% 因此&只有输入的序列与数字摘要相符时&状态才能正确地转移&并输出正确的验证结果&证明输入的数字摘要信息有效%4 . 3软核的水印添加技术软核比硬核和固核具有更多的灵活性& 也更易于得到&所以软核有很大的重用价值% 但也由于I P软核的这种灵活性&对其实施保护的难度大大增加%单从法律保护方面对I P软核保护&并不能达到很好的保护效果%I P软核的程序形式一般是H D L代码&虽然使用加密的方法可以很好的保护软核& 但会破环软核灵活性&给使用带来不便% 而且&未经加密的一些I P核信息也会存在安全漏洞%另外&现有的硬/固核I P保护技术和其他的编程语言( 如C / C + +$ 的保护技术都不能直接应用于I P软核的保护%使用数字水印保护软核也会面临很多难题& 因为软核有最大灵活性&使用者可方便的修改&水印被删除和修改的可能性也很大%所以在使用数字水印对I P核进行保护时&需要采用特殊的方法% 下面介绍三种方法%4 . 3 . 1带有水印产生器的测试电路由于经过综合 布局布线&I P软核的版图会发生改变%而且&芯片封装后&也很难检测到I P核作者的信息% 通常情况下只有经过显微照片才能获得作者的信息&这样造成不便%在S o C芯片封装后&外部只能检测到的I P核信号&是I P核自带的测试电路产生的信号%因此&若在I P核自带的测试电路加入一个水印产生器&就可以方便的检测到作者的信息% 当芯片处于被测试状态时&会先输出水印序列&再输出测试波形% 通过这种方式不需要通过显微照片就能获得作者的信息%添加水印的步骤“(1$ 设计代表作者版权信息的数字水印序列(2$ 构建一个水印发生器用于产生以上二进制序列(3$ 将水印发生器与测试电路结合4 . 3 . 2基于约束的水印保护方法基于约束的水印保护方法& 就是在设计中引入附加的约束& 使在特定输入时输出反映作者版权信息的水印%一种实现方法是利用电路中的无关状态 ( 该电路逻辑中不会出现的电路输入取值$ % 设计模块时&以一定算法给无关状态分配水印相关的输出% 这样的方法不但能保证作者权力& 还使得设计更具唯一性%但是存在的一些问题是“可能难于判断输出是来自于正常输入& 还是来自水印输入或者单单是几个无关状态) 另外& 因为水印需要在编设计代码时加入&并不适合已经完成了的电路代码%4 . 3 . 3基本模块复制方法针对以上问题&有一些改进的方法%对于已经完成的电路代码&并不需要全部从头设计&只需要重新修改设计中多次使用的基本模块% 需要修改的基本模块& 在设计中每应用一次& 可以不同的方法来实现&从而表示特定的含义 ( 表示作者的版权信息$ %( 下转第8 3页$7 5中国集成电路2 0 0 6!6!h t t p“/ / w w w . c i c ma g . c o m# 总第8 5期$企业与产品C h in a ln te g r a te d C ir c u ltCIC成为每一个设计% 尤其是那些电池驱动的设备的关键& 为了帮助I C设计公司应对这些挑战%S y n o p s y s不仅在不断强化其前后端设计平台和验证平台的领先优势% 而且在扩大提供高质量的知识产权( I P )和高质量设计服务范围& 同时在中国市场中通过与客户在上述多个领域的深入合作% 在客户取得成功的同时也获得了长足的发展& 我们共有6家客户在中国开展9
