美國佐治亞理工學(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方案，這由雙基地布局的現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）活動無意中產(chǎn)生。該項研究發(fā)表在《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》上。

圖 1.發(fā)射器、接收器和簡化的 FPGA 電路的3-D 電磁模型

來自數(shù)字設(shè)備或計算系統(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。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檢測，以及休眠硬件木馬的檢測。人們越來越關(guān)注使用電磁（EM）邊信道來分析和監(jiān)控數(shù)字電子和計算系統(tǒng)。基本方法是建立接收到的邊信道信號與應(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。為了進行監(jiān)控，可以將接收到的信號與模型進行比較，以決定系統(tǒng)的功能或狀態(tài)。具體來說，遠距離監(jiān)控項目活動是主要關(guān)注點。基于 EM 的監(jiān)測需要天線或近場聚焦器。例如，分別使用 EM 探針和天線在近場和遠場的微波頻率下檢測和監(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)檢測惡意軟件。開發(fā)了一種微水平模擬工具，可以模擬 EM 側(cè)通道，并有助于測量系統(tǒng)的側(cè)通道泄漏。為了實現(xiàn)基于 EM 的遠距離監(jiān)測，需要了解來自現(xiàn)場可編程門陣列 （FPGA） 的反向散射輻射的基本機制。來自 FPGA 的輻射機制是基于晶體管開關(guān)引起的無意調(diào)制。為了完成它的任務(wù)，F(xiàn)PGA 中的數(shù)字電路被饋入一個時鐘信號，這會導(dǎo)致電路走線的阻抗周期性地變化。當(dāng) FPGA 的表面被強載波信號激發(fā)時，該信號會耦合到數(shù)字電路上，并受到開關(guān)活動的調(diào)制。然后，所有這些信號都通過 EM 泄漏進行反向散射，并且可以被檢測到。出于實際目的和設(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。利用一個結(jié)構(gòu)簡化的FPGA模型和一個近場聚焦器，對這一驚訝的現(xiàn)象進行了電磁電路聯(lián)合仿真分析。

圖 2. 300 GHz 反向散射側(cè)信道測量設(shè)置

首先，由于FPGA內(nèi)部的開關(guān)活動，將單個頻率調(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距離對后向散射信號的影響，發(fā)現(xiàn)在發(fā)射機和接收機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行檢測。通過使用近場聚焦，在FPGA板表面以0.5 mm的分辨率測量邊通道信號的特性。接下來，通過將FPGA拆分為四個不同的模塊，創(chuàng)建并檢測四個不同頻率的后向散射信號。他們比較了頻率的相對強度，分析了來自不同模塊的這些信號的物理位置和強度的結(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)先接收來自一個模塊的信號，同時過濾掉其他模塊。這有助于隔離FPGA中不同模塊產(chǎn)生的信號，并顯著提高側(cè)通道檢測技術(shù)的有效性。

信息來源：IEEE