2. 安全威胁模型：物理攻击分类与攻击者能力假设

做篡改检测电路设计，第一件事不是画原理图，而是搞清楚你的对手是谁、他能干什么。我见过不少团队一上来就堆各种检测传感器，结果攻击者用一根探针就绕过了所有防护——说白了，你连敌人长什么样都没想清楚。

这一章我们就来聊聊物理攻击的分类，以及攻击者能力的假设。这是整个课程的地基，地基不稳，后面盖的房子迟早要塌。

2.1 物理攻击的三大分类

物理攻击，按攻击者对芯片的接触程度，可以分成三类：侵入式、半侵入式、非侵入式。这三者的区别，我习惯用一个比喻来理解：

• 侵入式：就像外科手术，直接切开芯片的封装，甚至要动到硅片本身。
• 半侵入式：像做胃镜，打开封装但不破坏芯片内部结构，用光、电磁波等手段从外部影响。
• 非侵入式：像隔空打穴，不碰芯片，只通过外部接口（电源、时钟、I/O）进行攻击。

下面这张图可以帮你快速建立整体认知：

2.2 侵入式攻击

侵入式攻击，是攻击者最暴力、成本最高、但效果也最彻底的手段。攻击者会直接打开芯片封装，用探针、FIB（聚焦离子束）等设备直接接触硅片表面。

2.2.1 常见手段

• 去封装 + 探针台探测：用化学方法腐蚀掉芯片封装，露出裸片，然后用微米级探针直接接触内部走线，读取或注入信号。
• FIB 电路修改：用聚焦离子束精确切割或沉积金属，可以切断保护线、连接新路径、甚至修改晶体管逻辑。
• 聚焦离子束切割：直接切开芯片内部结构，观察或修改底层电路。

2.2.2 攻击者能力假设

能实施侵入式攻击的攻击者，通常具备以下能力：

能力维度	假设等级	说明
设备资源	高	拥有探针台、FIB、SEM 等专业设备
技术门槛	极高	需要微电子、材料学等跨学科知识
时间成本	高	单次攻击可能耗时数天到数周
可重复性	低	每次攻击可能损坏芯片，难以大规模复制
典型场景	实验室/研究机构	国家实验室、高端安全评测机构

2.3 半侵入式攻击

半侵入式攻击，攻击者会打开芯片封装，但不直接接触硅片表面。他们用光、电磁波、激光等手段从外部影响芯片内部电路。

2.3.1 常见手段

• 激光故障注入：用激光照射芯片特定区域，产生光生电流，导致晶体管状态翻转。精度可达亚微米级。
• 电磁脉冲注入：用电磁探针在芯片表面产生局部强电磁场，干扰内部信号。
• 光化学染色 + 显微成像：用化学试剂染色芯片表面，再用显微镜观察内部走线，用于逆向工程。

2.3.2 攻击者能力假设

能力维度	假设等级	说明
设备资源	中高	需要激光源、显微镜、电磁探针等
技术门槛	高	需要光学、电磁学知识，但比侵入式低
时间成本	中	数小时到数天可完成一次攻击
可重复性	中	可多次攻击同一芯片，但精度要求高
典型场景	专业安全实验室	安全评测公司、大学研究组

2.4 非侵入式攻击

非侵入式攻击，攻击者不打开芯片封装，只通过芯片的外部接口（电源、时钟、I/O）进行攻击。这是最容易被忽视、但实际中最常见的攻击方式。

2.4.1 常见手段

• 侧信道分析：通过分析芯片的功耗、电磁辐射、时间延迟等物理泄露，提取内部密钥或敏感数据。
• 时钟毛刺攻击：在时钟信号中插入异常脉冲，导致时序违规，使芯片执行错误操作。
• 电源毛刺攻击：在电源线上注入电压尖峰或跌落，导致逻辑状态翻转或跳过关键指令。

2.4.2 攻击者能力假设

能力维度	假设等级	说明
设备资源	低中	示波器、信号发生器、FPGA开发板即可
技术门槛	中	需要数字电路、信号处理基础知识
时间成本	低中	数分钟到数小时可完成一次攻击
可重复性	高	可自动化，大规模复制
典型场景	个人/小型团队	黑客、破解爱好者、小型安全公司

2.5 攻击者能力假设总结

做篡改检测电路设计时，我建议你按以下原则来假设攻击者能力：

• 最低假设：攻击者拥有示波器、信号发生器、FPGA开发板，能实施非侵入式攻击。
• 中等假设：攻击者拥有激光源、显微镜，能实施半侵入式攻击。
• 最高假设：攻击者拥有FIB、探针台，能实施侵入式攻击。