随着现代信息技术的迅速发展,网络和硬件设备都面临严重的信息安全问题。信息安全主要包含网络安全和硬件设备安全,本文主要研究硬件设备安全,也即半导体芯片的信息存储安全。由于芯片下方没有与芯片内部电路连接的防护层,从芯片内下方引入的半侵入式攻击对半导体芯片产生了巨大的威胁。而在半侵入式攻击中,最具威胁性的是激光错误注入攻击（Laser Fault Injection,LFI）,它通过激光照射存储单元,利用光子干扰密码设备的正常运行,导致晶体管内产生瞬态电流,进而使晶体管状态发生改变。为此,本文实现了一种基于衬底电流传感器的安全芯片以抵御激光错误注入攻击,以防护硬件设备的安全,具体研究内容如下:1、本论文首先介绍了激光错误注入攻击的原理和常见的几种攻击手段及工具。2、衬底检测单元的设计与实现。通过充分了解激光错误注入攻击的特性,设计了一种结合分布式衬底电流传感器（Bulk-Current Sensor）和安全擦除器（Secure Code Eraser）的检测电路。衬底电流传感器用于检测芯片受到激光错误注入攻击,并且发生警报。安全擦除器可以在后续的加密过程中消除晶体管受到激光错误注入攻击后产生的错误信息。3、标准单元库的应用。为了提高检测的灵敏度,检测电路密集分布于整个加密核,这会导致模拟后端流程的复杂性提高。为此,本文采用衬底检测单元特征化信息提取（Library Characterization）的方法对检测电路进行数字标准单元化处理,使其兼容数字后端设计流程,提升整个芯片的集成速度,减少各类成本的投入。4、AES算法的硬件实现。采用AES加密算法作为安全加密平台,在对AES加密算法进行硬件实现的过程中,采用了反馈轮内分级流水线结构,此结构具有运行速度高占用面积小的优点。该芯片基于SMIC 180 nm标准CMOS工艺进行设计,仿真结果显示,本文所设计的安全芯片防激光错误注入攻击检测电路能够检测由激光错误注入攻击导致的衬底电压低至0.5 V的变化,从而实现对激光错误注入半侵入式攻击的有效防护。