美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究人員提出了一種反向散射太赫茲（THz）邊信道的傳感和檢測(cè)方案，這由雙基地布局的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）活動(dòng)無(wú)意中產(chǎn)生。該項(xiàng)研究發(fā)表在《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》上。

圖 1.發(fā)射器、接收器和簡(jiǎn)化的 FPGA 電路的3-D 電磁模型

來(lái)自數(shù)字設(shè)備或計(jì)算系統(tǒng)的電磁 （EM） 輻射可以創(chuàng)建邊信道。這些 EM 側(cè)信道較早被用于物理攻擊，這些攻擊是電子安全的主要關(guān)注點(diǎn)。最近，EM 側(cè)通道已被用于其他應(yīng)用程序，例如，嵌入式硬件設(shè)備的證明、外部惡意軟件和惡意活動(dòng)檢測(cè)，以及休眠硬件木馬的檢測(cè)。人們?cè)絹?lái)越關(guān)注使用電磁（EM）邊信道來(lái)分析和監(jiān)控數(shù)字電子和計(jì)算系統(tǒng)?；痉椒ㄊ墙⒔邮盏降倪呅诺?a target="_blank">信號(hào)與應(yīng)用程序執(zhí)行之間的相關(guān)性，可用于構(gòu)建系統(tǒng)正常行為的參考模型。為了進(jìn)行監(jiān)控，可以將接收到的信號(hào)與模型進(jìn)行比較，以決定系統(tǒng)的功能或狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)距離監(jiān)控項(xiàng)目活動(dòng)是主要關(guān)注點(diǎn)。基于 EM 的監(jiān)測(cè)需要天線或近場(chǎng)聚焦器。例如，分別使用 EM 探針和天線在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的微波頻率下檢測(cè)和監(jiān)控外部惡意軟件。工作頻率約為 1 GHz 的高增益天線被證明可以在一定距離內(nèi)檢測(cè)惡意軟件。開(kāi)發(fā)了一種微水平模擬工具，可以模擬 EM 側(cè)通道，并有助于測(cè)量系統(tǒng)的側(cè)通道泄漏。為了實(shí)現(xiàn)基于 EM 的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，需要了解來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 （FPGA） 的反向散射輻射的基本機(jī)制。來(lái)自 FPGA 的輻射機(jī)制是基于晶體管開(kāi)關(guān)引起的無(wú)意調(diào)制。為了完成它的任務(wù)，F(xiàn)PGA 中的數(shù)字電路被饋入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，這會(huì)導(dǎo)致電路走線的阻抗周期性地變化。當(dāng) FPGA 的表面被強(qiáng)載波信號(hào)激發(fā)時(shí)，該信號(hào)會(huì)耦合到數(shù)字電路上，并受到開(kāi)關(guān)活動(dòng)的調(diào)制。然后，所有這些信號(hào)都通過(guò) EM 泄漏進(jìn)行反向散射，并且可以被檢測(cè)到。出于實(shí)際目的和設(shè)備的限制，研究人員已經(jīng)探討了雙基地布置；然而，發(fā)射器和接收器并置的布置將產(chǎn)生相同的結(jié)果。這里，研究人員介紹了一種300 GHz下的后向散射側(cè)信道傳感方案，使用的是一種普通FPGA。利用一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的FPGA模型和一個(gè)近場(chǎng)聚焦器，對(duì)這一驚訝的現(xiàn)象進(jìn)行了電磁電路聯(lián)合仿真分析。

圖 2. 300 GHz 反向散射側(cè)信道測(cè)量設(shè)置

首先，由于FPGA內(nèi)部的開(kāi)關(guān)活動(dòng)，將單個(gè)頻率調(diào)制到太赫茲載波上，并在一定距離處接收該調(diào)制頻率。他們研究了偏振和接收機(jī)距離對(duì)后向散射信號(hào)的影響，發(fā)現(xiàn)在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間故意引入極化失配可以將信噪比（SNR）提高10 dB以上。這使得信號(hào)可以在大于45 cm的距離接收，信噪比高于54 dB，從而可以在幾米外進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)使用近場(chǎng)聚焦，在FPGA板表面以0.5 mm的分辨率測(cè)量邊通道信號(hào)的特性。接下來(lái)，通過(guò)將FPGA拆分為四個(gè)不同的模塊，創(chuàng)建并檢測(cè)四個(gè)不同頻率的后向散射信號(hào)。他們比較了頻率的相對(duì)強(qiáng)度，分析了來(lái)自不同模塊的這些信號(hào)的物理位置和強(qiáng)度的結(jié)論。研究發(fā)現(xiàn)，將后向散射系統(tǒng)聚焦在FPGA上的特定位置可以優(yōu)先接收來(lái)自一個(gè)模塊的信號(hào)，同時(shí)過(guò)濾掉其他模塊。這有助于隔離FPGA中不同模塊產(chǎn)生的信號(hào)，并顯著提高側(cè)通道檢測(cè)技術(shù)的有效性。

信息來(lái)源：IEEE