Voltage Glitch Detector Core

agileGLITCH：电压毛刺检测器内核IP

agileGLITCH 电压监视器提供安全性和保护，防止电压侧信道攻击 (SCA) 和篡改，例如电源电压变化/故障和电源操纵。传感器提供数字输出以警告（保护）处理器入侵企图，从而实现硬件安全的整体方法。

作为agileSCA TVC（温度、电压、时钟）安全传感器的关键部分，它可以根据您的规格进行调整，非常适合物联网、安全、汽车、医疗、人工智能和通用SoC等应用中的安全和监控和 ASIC。

系统概览（如下所示）包括 4 个主要组件

2.1 Bandgap

这为其他系统组件提供了准确的电压参考，并设计为在比典型电压范围更宽的电压范围内工作，以确保良好的毛刺监控覆盖范围。带隙遵循传统架构，基于通过两个不同 p-n 结的电流比。Bandgap隙包含一个自举电路以确保在启动时可靠开启，并且可以选择进行生产调整以提高精度。

2.2 Comparator 比较器

指定了比较器的两种配置，以检测过压和欠压毛刺。阈值是可配置的，并且集成了电平转换器以允许从内核电源驱动 IO。

2.3 Reference selectors 参考选择器

这些参考选择器为可编程比较器提供可配置的输入电压，以允许调整毛刺电压电平。例如，如果内核使用 DVFS（动态电压和频率缩放），这些还允许调整阈值。

2.4 Control and test logic and level shifters 和测试逻辑和电平转换器

从比较器的输出，控制逻辑提供以下功能：

2.5（可选）ADC

可选的 SAR ADC 可用于测量电源的准确值，该值可用于持续监控寿命问题或性能下降。

3.1 物联网安全 – 密钥提取

设备	住宅的前门无线锁
场景	来访者提供为业主更换前门电池的服务。使用电压故障设备，访问者可以在锁上进入调试模式，并转出所有已授权的锁密钥。
结果	恶意人员能够复制房屋的现有用户密钥，然后进入房屋，同时审计线索指向另一个用户。
扩展	电压故障允许攻击者进入调试模式并转储所有由锁授权的密钥。
保护	agileGLITCH 能够检测电压毛刺事件，并将其记录为可疑活动。一旦重新通电，锁就能够向云报告怀疑有恶意活动，日期和时间涉及恶意方。

3.3 汽车：性能衰减

设备	现代汽车中的驾驶员辅助解决方案
场景	由于设备寿命会影响汽车 ADAS 系统的电压调节器，这意味着随着时间的推移，电源电阻会增加。这种影响是微不足道的，但在高负载时刻会加剧，这会导致电压下降到操作可接受的电压以下。
结果	在高度复杂、快速移动的操作中，处理负载消耗过多功率，系统出现故障，在关键点将控制权交还给驾驶员。
扩展	生产制造产生的故障是潜在的，并且没有在生产线上检测到，因为电压在规格范围内。由于寿命影响，这会随着时间的推移而退化，并最终在高负载点失效。
保护	agileGLITCH 能够提前检测到持续的电压降级，有时这可能会接近规格值。系统会将其报告给汽车制造商，汽车制造商可以识别故障，并优先呼叫汽车，以便在导致事故的故障发生之前对其进行修补。汽车供应商可能能够通过软件补丁远程修复汽车，以增加故障汽车的供电电压。

3.5 酒店电子设备安全：绕过安全机制操作

设备	酒店电子保险箱
场景	服务人员进入酒店房间打扫，可以打开保险箱提取物品，访问日志不留痕迹，不更改设置密码。
结果	恶意工作人员能够打开酒店保险箱并取出贵重物品，不留痕迹。
扩展	恶意人员使用键码输入装置测试所有键码组合。在每次尝试触发锁定计时器之前，电源会出现故障以防止记录失败的尝试或锁定。
保护	agileGLITCH 能够检测到出现故障的电源，并能够向安全微控制器标记正在发生的半定期和可疑电源复位。然后，此信息会触发 4 小时锁定，以保护内容免受进一步攻击。

3.2 Home Control Hub ：固件刷新

设备	支持摄像头的家庭集线器设备
场景	在线交易商提供密封盒装的廉价家用集线器设备。这些设备已使用固件重新刷新，在执行预期任务的同时，还将视频和音频流传输到交易者的服务器
结果	邪恶实体能够持续监控目标房屋中的活动，并用于勒索或观察和出售目标知名用户的镜头
扩展	电压故障允许攻击者绕过标准的启动签名序列。这允许利用方将安全密钥重置为已知值，并重新刷新未经授权的固件。漏洞利用方下载固件，但增加了“远程监控”功能
保护	AgileGLITCH 能够检测电压故障事件，并防止在设备上安装未经授权的代码来重置启动密钥。此外，该设备能够向用户和服务器报告它不是全新的，因此用户可以更换。

3.4 卫星电视：绕过固定链接加密

设备	卫星电视接收器
场景	恶意用户计划从通过卫星频道播放的电影中删除数字版权管理 (DRM)，然后转售
结果	在高度复杂、快速移动的操作中，处理负载消耗过多功率，系统出现故障，在关键点将控制权交还给驾驶员。
扩展	恶意用户在 HDMI 控制器电源上安装电压干扰器，以有效订阅机顶盒卫星接收器。通过电压故障，用户能够将 HDMI 输出重置为非 HDCP 验证，并将解密的 HD 内容流式传输到非安全设备。然后该设备在没有保护的情况下重新编码内容。
保护	如果需要，agileGLITCH 能够检测多个电源上的电压毛刺。这意味着对次级电源和模拟 IP 电源的毛刺攻击也可以受到保护。

3.6 硬件妥协（Hardware Compromise）——干扰工作负载/可信启动

设备	工业设备或数据中心服务器
场景	恶意实体通过软件攻击和/或不受信任的硬件访问复杂系统（例如服务器、工业设备）的电源单元。
结果	电源系统的远程控制允许第三方干扰或操纵电源，并干扰工作负载或绕过可信启动以获得对系统的完全控制
扩展	电力输送系统被邪恶的一方渗透，并添加了额外的功能，允许远程操纵电力。系统投入生产，然后恶意实体能够通过重置/故障电源序列来远程操纵安全性。
保护	agileGLITCH 能够检测到电源出现故障/修改/操纵，并能够向 CPU/更广泛的系统发出信号，表明怀疑存在恶意活动。在分离的系统中，设备可以自行断电，或恢复到安全模式，直到由维护团队解决。

4 结论

现代设备有各种各样的漏洞利用。许多漏洞与软件相关，随着这些漏洞的识别和修补，物理硬件易感性将成为越来越重要的攻击媒介。

更值得注意的是，虽然可以远程修补设备的软件漏洞，但硬件漏洞通常需要更换硬件来解决它们——从而使数百万设备面临被利用的风险。

我们已经证明，仅使用agileGLITCH 传感器可以提供针对硬件攻击向量的保护。为了更全面地覆盖可疑活动，agileSCA（侧信道攻击）以极低的硅成本监控和报告单个 IP 核中的电压毛刺、温度变化和时钟操作