[发明专利]基于海明距离的微流控生物芯片现场级硬件木马检测方法

说明书

本发明涉及一种基于海明距离的数字型微流控生物芯片现场级硬件木马检测方法，获取存储于数字型微流控生物芯片平台中的生化协议；假设恶意的第三方遭到篡改，给定两个字符串，一个是厂家售卖的黄金驱动序列和一串现场级实施的驱动序列，接着从开始直到反应结束，进入每一次时间步骤的循环利用差异计算其海明距离；而且在每一步循环中，利用已算出的海明距离判断是否大于0，求得关键值，即是否遭受到了篡改。一旦检测到现场级硬件木马，则立刻停止运行，避免错误越来越大。经过反馈处理，继续循环执行程序。本发明花费低、不需要特殊的检测设备以及不受噪声的影响。

技术领域

本发明涉及信息安全和硬件木马检测技术领域，特别是一种基于海明距离的数字型微流控生物芯片现场级硬件木马检测方法。

背景技术

微流体生物芯片构成了生物自动化的新兴技术。近年来，制造技术的发展使得该项技术的开发成为了可能。大量的生物协议，可以在硬币大小的微流控平台上独立的、同时的和自动化处理。微流控生物芯片主要分为两大类型：流型的和数字型(液滴型)的，见图1、2。

典型的DMFB(数字型微流控生物芯片)由二维(2D)电极阵列和外围设备组成，如光学检测器，分配端口(分配液滴的)和控制引脚(控制电极)。在DMFB的基本单元上有两个平行板，底板和顶板的两个表面都涂有绝缘层和疏水薄膜，用于平滑的液滴驱动。在接通电极的同时在液滴和电极之间施加电压V，因此电荷改变电介质表面上的自由能。因此，产生穿过绝缘体的电场，这降低了液体和绝缘体表面之间的界面张力，进而改变了液滴的表观接触角θ(V)。这种现象称为电介质电润湿(EWOD)指通过改变液滴与绝缘基板之间电压，来改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象。

在生化分析领域巨头公司illumina推出数字型生物芯片后，随着巨大商机的增长，无良的人为获得非法利润，总是想办法攻击DMFB(数字型微流控生物芯片)以达到目的。主要的安全问题可以分为三大类：硬件木马问题，版权保护，和伪造品问题。

近年来，研究学者已对于硬件木马进行分类，以方便研究。在对于生物芯片现场级硬件木马，由于在供应链上的缺陷以及存在恶意的第三方对其感兴趣。对于恶意地在现场修改驱动序列(使芯片运作的信号)，使得数字型微流控生物芯片运作瘫痪；或者修改DMFB的片上功能，使得用户莫名的得到奇怪的结果；或者是对其的可用性进行攻击，造成DOS的破坏；生物芯片上的试剂一般比较昂贵并且有的时候不可替代，对其表面进行污染，当后续液滴经过时，如果不进行清洁，会造成污染并且不可用，这时候生物芯片只能停机清洁。会造成金钱和精力的大量投入。

在先前，已经有关于这方面的研究，他们认为是在数字型微流控生物芯片的架构下，当每个控制引脚都能够激活，液滴的自由度太高了，因此提出一种受限的控制引脚物理设计方法，不仅能够解决当下随着数字型微流控生物芯片的技术提升带来的控制引脚数暴增的问题，还可以降低液滴的自由度。然而，在控制引脚受限物理设计方法提出之后，经过分析，即时在控制引脚受限之后，依靠驱动序列建立图，通过图论的知识，寻找最大团，建立可以共享的控制引脚，即在一个控制引脚下，进行多个电极信号的控制。但是，从图3(数字代表该电极对应的控制引脚)，可以看出该方法存在缺陷，因为，该方法存在激活冗余电极的现象，造成浪费，而且，在存在着冗余的同时，也造成了数字型微流控生物芯片的不安全隐患，因为，液滴自由度下降了，并不是等于0。

因为针对受限的控制引脚的物理设计方法，降低了液滴的自由度，使得现场级的硬件木马的作用降低。但是，因为芯片架构的原因，液滴自由度无法降为零，只受到用户的控制。因此，本发明从微流控生物芯片的网络物理平台入手，考虑从软件架构上解决现场级的硬件木马，即篡改驱动序列的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于海明距离的数字型微流控生物芯片现场级硬件木马检测方法，花费低、不需要特殊的检测设备以及不受噪声的影响。

本发明采用以下方案实现：一种基于海明距离的数字型微流控生物芯片现场级硬件木马检测方法，提供一DMFB的网络物理架构平台，包括以下步骤：