芯片内部线路，居然能随时变？

失效分析领域常借助X射线断层成像、超声显微镜穿透成品芯片封装，无需开盖即可观测内部焊球、铜走线与埋层结构。这套用于定位芯片失效原因的检测手段，同样也是逆向工程师窃取芯片内部架构的工具。

现代异构封装早已不再是单颗芯片置于塑封壳内。处理器、内存、电源芯片往往由不同地区、不同厂商制造，并排集成在同一块基板上，依靠细于发丝的铜走线实现互连。只要完成走线测绘，攻击者就能摸清整套硬件系统的搭建逻辑，进而仿制产品、制造假货，或是找到点位植入恶意篡改电路。而这类检测设备，只要预算充足，任何主体都可以采购。

伴随AI加速器、国防电子、关键基础设施芯片的普及，芯片封装在交付终端前，会流经设计方、晶圆厂、封测企业、测试实验室、经销商等多个环节，每一次流转都存在被窥探、复制、篡改的风险。当前硬件安全研究大多聚焦于裸芯片本身，作为互连载体的基板长期受到忽视，但基板布线，本质上就是整套硬件系统的原理图。行业现有防护手段包括迂回走线、虚假连接、无功能伪通孔等。但这类方案存在共性短板：线路布局在出厂时就已经固定。攻击者一旦破解单块电路板的线路逻辑，同批次所有产品的防护机制都会失效。

可由密钥动态切换的布线架构

为解决固定布线的安全缺陷，研究团队提出全新思路：让基板互连线路具备动态重构能力。 名为SUBSTRATE-CLOAK的防护框架，在今年IEEE电子元器件与技术大会（ECTC）正式对外发布，相关论文收录于《2026年第76届IEEE电子元器件与技术大会论文集》。该方案没有额外增设独立安全芯片——这类安全器件极易被攻击者定点搜寻，而是直接将安全能力集成在封装基板内部。

研究团队在基板互连线路中嵌入微机电系统（MEMS）开关，依靠微型机械触点的通断，实现关键信号通路的动态路由切换。只有输入合法密钥，开关才会闭合，形成预设的有效电路；缺少密钥时，攻击者通过X射线采集到的布线图像，无法区分真实通路与虚假线路。

可以将其类比为一座设有密钥闸门的城市：航拍能够拍到全部道路，但无法判断哪些通道具备通行权限，这正是SUBSTRATE-CLOAK的核心逻辑。

设备上电后，配套微控制器首先校验生产阶段写入的数字证书，确认硬件本体可信、流转过程未遭篡改；随后从硬件可信根的安全存储区域读取密钥。MEMS阵列对密钥进行校验，验证通过后，按照密钥信息切换开关组态，建立指定器件之间的连接，其余虚假通路保持断开。路由逻辑由密钥决定，而非固化的铜走线，不同电路板可以拥有不一样的连通关系，后续也支持重新更换密钥、修改通路。在该设计中，MEMS开关阵列上方还增设高密度屏蔽层，进一步干扰X射线成像探测。

该方案的密钥空间规模巨大。小型MEMS交叉开关阵列，每个交叉节点支持连通、切换、断开三种状态；最简配置下拥有120种组态，开启灵活路由后可达3000种以上。更大规模阵列的组态数量可达数百万甚至数十亿级别。在一个包含四颗芯片的验证案例中，布线组合总数达到2的119次方，远超暴力破解的算力极限。

适配现有设计流程，降低落地门槛

为方便硬件工程师直接复用现有设计流程，SUBSTRATE-CLOAK配套开发了一套兼容标准设计文件的软件工具链。工具读取电路板网表，依据安全等级对互连线路排序，结合器件重要性、新增走线长度、基板布线拥挤程度，自动选定开关部署位置；插入开关之后，原有电路设计其余部分保持不变。研究团队基于KiCad开源PCB平台完成验证，改造后的设计能够顺利通过常规设计规则检查。

项目目前仍处在早期研发阶段。SUBSTRATE-CLOAK仅完成原理图层面的框架验证，搭载MEMS防护结构的基板尚未完成流片，物理版图优化、制造、实验室测试是下一阶段重点。同时，MEMS开关会引入额外电阻与电容，现阶段该架构更适合速率50Gbps以内的信号链路，无法适配最高带宽的高速数据通道。在安全计算、机载国防电子、传感器、基础设施控制这类场景中，硬件可信优先级高于峰值带宽，该取舍具备实用价值。

从被动布线载体，转向主动安全锁

这项技术代表着封装设计思路的转变。长期以来，封装基板都被视作被动互连载体，功能仅为实现两点之间的电路连通。SUBSTRATE-CLOAK将基板改造为主动防御载体，电路板本身成为一把可以重配密钥的硬件锁。即便电路板丢失、被盗或者二次流通，攻击者即便借助透视设备观测封装内部，也难以还原真实的电路架构。

研究的出发点，正是源于失效分析实验中观察到的现状：现有封装结构极易被逆向手段窥探。该方案的目标，就是让未来的芯片封装，守住内部的电路秘密。