Sistema de Replicação de Circuitos Integrados Digitais Baseado em Análise Comportamental

193 Pages·2014·5.18 MB·Portuguese

PM
Sistema de Replicação
de Circuitos Integrados Digitais
Baseado em Análise Comportamental
PROJETO DE MESTRADO
Rodolfo Henrique Silva Rodrigues
MESTRADO EM ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES
E REDES DE ENERGIA
dezemb ro | 2014
Sistema de Replicação
de Circuitos Integrados Digitais
Baseado em Análise Comportamental
PROJETO DE MESTRADO
Rodolfo Henrique Silva Rodrigues
MESTRADO EM ENGENHARIA DE TELECOMUNICAÇÕES
E REDES DE ENERGIA
ORIENTAÇÃO
João Dionísio Simões Barros
CO-ORIENTAÇÃO
Luis Elias Ribeiro Rodrigues
CONSTITUIÇÃO DO JÚRI

PRESIDENTE
Prof. Doutor Joaquim Amândio Rodrigues Azevedo,
Professor Auxiliar da Universidade da Madeira

ARGUENTE
Prof. Doutor Fernando Manuel Rosmaninho Morgado Ferrão Dias,
Professor Auxiliar da Universidade da Madeira

ORIENTADOR
Prof. Doutor João Dionísio Simões Barros,
Professor Auxiliar da Universidade da Madeira
Funchal, 26 de novembro de 2014
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RESUMO

Nesta dissertação de mestrado é desenvolvido um sistema de replicação de
circuitos integrados digitais (combinatórios e sequenciais), por observação do seu
normal funcionamento.
O sistema desenvolvido carateriza-se pela capacidade de extrair e descrever na
linguagem VHDL o comportamento de um circuito integrado digital em funcionamento,
utilizando técnicas não invasivas e automatizadas, suportado por um vasto conjunto de
algoritmos de aquisição e análise de dados.
O sistema desenvolvido assenta em dois módulos principais: um módulo de
software que consiste numa plataforma de algoritmos de análise, controlo e gestão do
sistema (alojada num computador) e um módulo de aquisição de dados (hardware) que
consiste num circuito capaz de realizar as medições necessárias para o funcionamento
do sistema, comandado pelo módulo de software. A comunicação entre os dois módulos
é efetuada via porta série.
Os algoritmos desenvolvidos realizam uma análise da correspondência entre
entradas e saídas procurando aplicar uma aproximação a um circuito combinatório se
possível, caso contrário são utilizados métodos heurísticos para efetuar uma
aproximação a um circuito sequencial através de uma máquina de estados. Entradas ou
saídas constantes são previamente identificados e excluídos do processo de análise,
para efeitos de simplificação.
Os resultados obtidos demonstram que é possível replicar o comportamento
observado em circuitos digitais (combinatórios e sequenciais) desde que o número de
amostras recolhidas seja adequado. Verifica-se ainda que o método desenvolvido
replica a funcionalidade do circuito integrado nas condições onde o circuito está inserido.

Palavras-Chave:
Engenharia inversa, replicação de circuitos, aquisição não invasiva, correspondência
entrada-saída, aproximação heurística.
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ABSTRACT

In this master thesis, is developed a system to extract the behaviour of digital
integrated circuits (combinational and sequential), by observing its normal operation.
The developed system is characterized by the capacity to extract and describe
the behaviour of a digital integrated circuit in VHDL language, during its normal
operation, using non-invasive and automated techniques, supported by algorithms for
data acquisition and analysis.
The developed system is based on two main modules: a software module which
contains analysis and control algorithms and also makes the management of the system
(hosted in a computer) and a data acquisition module (hardware) consisting of a circuit
able to perform the measurements required for system operation, commanded by the
software module. Communication between two modules is made via serial port.
The developed algorithms perform a input-output correspondence analysis,
seeking to apply an approach to a combinatorial circuit if possible. Otherwise, heuristic
methods are used to do an approach to a sequential circuit, by description of a equivalent
finite state machine. Constants inputs or outputs are previously identified and excluded
from the analysis process, for simplification purposes.
The results demonstrate that it is possible to replicate the observed behavior in
digital circuits (combinational and sequential) if the number of samples collected is
adequate. It is also observed that the replica behaviour depends on the stimulus provided
by the surronding environment.

Keywords:
Reverse engineering, circuits replication, non-invasive acquisition, input-output
correspondence, heuristic approach.
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AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar quero agradecer ao meu orientador, o Prof. Dionísio Barros,
por todo o tempo despendido na orientação deste trabalho, pelo apoio prestado e ideias
sugeridas que contribuíram para a conclusão com sucesso deste projeto e todo o
conhecimento que me transmitiu ao longo do meu percurso académico.
Quero igualmente agradecer ao Prof. Elias Rodrigues, co-orientador desta
dissertação, pelos diferentes pontos de vista que proporcionou, muito úteis em diversas
situações bem como pelo apoio e disponibilidade manifestados ao longo da realização
ao longo do projeto.
À minha família, em particular aos meus pais, pela oportunidade que me
concederam de ter um curso superior e uma esperança de um futuro melhor.
Ao Ricardo Sousa pelas trocas de ideias construtivas partilhadas ao longo do
trabalho e aos colegas com quem tive a honra de partilhar o laboratório ao longo do
trabalho e que me proporcionaram momentos inesquecíveis.
Ao engenheiro Filipe Santos pelo apoio prestado no laboratório ao longo do
projeto.
Um agradecimento especial à Andreia Correia que me proporcionou as energias
necessárias para a realização deste trabalho.
A todos os que de alguma forma contribuíram para a conclusão com sucesso
desta dissertação, o meu obrigado.

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