Сигнально-архитектурный реинжиниринг и радиосенсорное распознавание электронных средств

 
 
 
 
М. С. КОСТИН, К. А. БОЙКОВ  
 
 
 
 
 
 
СИГНАЛЬНО-АРХИТЕКТУРНЫЙ РЕИНЖИНИРИНГ  
И РАДИОСЕНСОРНОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ  
ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 
 
Учебник 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 
1 


УДК 621.37 
ББК 32.844  
К72 
 
 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры радиоэлектронных систем  
и комплексов, МИРЭА - Российский технологический университет  
Куликов Геннадий Валентинович;  
д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. теоретическим отделом  
Института общей физики РАН Гусейн-заде Намик Гусейнага оглы 
 
 
 
 
 
 
Костин, М. С. 
К72  
Сигнально-архитектурный реинжиниринг и радиосенсорное распознавание электронных средств : учебник / М. С. Костин, К. А. Бойков. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 152 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1832-4 
 
Рассмотрены методы и средства спецпроектного реинжиниринга функциональных модулей многослойных печатных плат и корпусных микросхем гражданского применения. Изложены положения и методология схемотехнического анализа принципиальной архитектуры электрических цепей и сигналов радиоэлектронных изделий по 
конфигурации печатного узла, его интегральной компонентной базе и их связным топологиям. Предложены и сформулированы конструкторско-технологические меры 
обеспечения технического противодействия спецпроектному реинжинирингу изделий 
радиоэлектронных средств, а также радиосенсорного распознавания радиоэлектронных 
устройств по электромагнитному излучению их элементов печатной топологии.  
Для студентов, обучающихся по направлениям 11.03.01/11.04.01 «Радиотехника», 
11.03.02/11.04.02 
«Инфокоммуникационные 
технологии 
и 
системы 
связи», 
11.03.03/11.04.03 «Конструирование и технология электронных средств», 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы». Также рекомендовано аспирантам, обучающимся по научной специальности 2.2.13 «Радиотехника», в том числе «Системы и 
устройства телевидения».  
УДК 621.37 
ББК 32.844  
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1832-4 
” Костин М. С., Бойков К. А., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 
 

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4
1. СИГНАЛЬНО-АРХИТЕКТУРНЫЙ РЕИНЖИНИРИНГ ЭЛЕКТРОННЫХ 
СРЕДСТВ 
................................................................................................................ 6
2. РЕИНЖИНИРИНГ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ   
С МНОГОСЛОЙНОЙ ПЕЧАТНОЙ ТОПОЛОГИЕЙ ..................................... 10
2.1. СТРУКТУРА И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА МПП 
........ 14
2.2. РЕИНЖИНИРИНГ МПП МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОЙ  ДЕКОМПОЗИЦИИ  
И СТЕРЕООПТИЧЕСКОГО СКАНИРОВАНИЯ 
.......................................... 31
2.3. РЕИНЖИНИРИНГ МПП МЕТОДОМ  РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОГО 
ИССЛЕДОВАНИЯ ............................................................................................. 39
2.4. РЕИНЖИНИРИНГ МПП МЕТОДОМ ТВЭТ-ТЕХНОЛОГИИ 
................... 47
2.5. МПП СО ВСТРАИВАЕМОЙ ЭКБ 
................................................................... 54
2.6. СТЕРЕОСТРУКТУРИРОВАНИЕ МПП  С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ  
3D-MID ТЕХНОЛОГИИ 
.................................................................................... 64
2.7. РЕИНЖИНИРИНГ СИГНАЛЬНО-АРХИТЕКТУРНОЙ  ТОПОЛОГИИ 
ПЕЧАТНЫХ МОДУЛЕЙ  С МНОГОСЛОЙНОЙ ТОПОЛОГИЕЙ ........... 68
2.8. ПРОГРАММНО-ЧИСЛЕННАЯ ВЕКТОРИЗАЦИЯ   
ТОПОЛОГИИ МПП ........................................................................................... 82
3. РЕИНЖИНИРИНГ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИМС ................... 92
3.1. СТРУКТУРА И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ  И ПРОИЗВОДСТВА ИМС 
....... 94
3.2. РЕИНЖИНИРИНГ ИМС ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ 
МЕТОДАМИ ДЕКАПСУЛЯЦИИ 
.................................................................. 105
3.3. МИКРОВИЗИОННАЯ, ЭЛЕКТРОННАЯ И АТОМНО-СИЛОВАЯ 
МИКРОСКОПИЯ ТОПОЛОГИИ ИМС ........................................................ 114
3.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СТОХАСТИЧЕСКОЙ 
АУТЕНТИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ ИМС ...................................................... 120
4. РАДИОСЕНСОРНОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ И ДИАГНОСТИКА 
ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЧАТНОЙ ТОПОЛОГИИ ................................................... 131 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 
.................................................................... 148
 
3 
 

 
ВВЕДЕНИЕ 
С нарастающей динамикой внедрения новых научно-технических решений 
концептуального подхода в проектировании радиоэлектронных изделий, модернизацией комплектующей электронной компонентной базы (ЭКБ), материальнотехнического 
оснащения 
современного 
производства 
радиоэлектронных 
средств, ранее применяемые методы и технологии обратного инжиниринга оказываются малоэффективными, а, следовательно, знания о них уже не позволяют 
в полной мере зарождать и развивать надежную стратегию реализации технического противодействия реинжиниринговым исследованиям. Изучение и анализ 
современных методов и средств прототипирования радиоэлектронных средств 
позволяет разработать комплекс технических мер защиты от спецпроектных исследований, обеспечивая оригинальность отечественных изделий и разработок, 
что является особенно актуальным в масштабах поддержания экономической 
безопасности радиоэлектронной промышленности оборонно-промышленного 
комплекса (ОПК).  
В учебном издании рассмотрены методы и средства спецпроектного  
реинжиниринга модулей многослойных печатных плат и интегральных микросхем. Сформулирован концептуальный подход технического противодействия 
спецпроектным исследованиям изделий радиоэлектронных средств в аспек- 
тах отраслевой экономической безопасности. Рассмотрены базисные конструкторско-технологические методы реинжиниринга печатных модульных и микроминиатюрных радиоэлектронных устройств, основанные на физических принципах разрушающего и неразрушающего воздействия: механообработка и химическое травление, стереолазерное сканирование, тепловизионная электротермия, рентгенографический анализ. Показано, что методы неразрушающего 
воздействия обеспечивают высокоточную воспроизводимость изделия без 
нарушения схемотехнических и радиофизических связей в топологии и физикохимической структуре образца и позволяют не только создать прототип конструкции, но и в полной мере воссоздать весь технологический цикл производства изделия по реперным конструктивным элементам исследуемого оригинала.  
Изложена теория физически неклонируемых функций (ФНФ), связанных 
с собственными электромагнитными излучениями радиоэлектронного устройства. Представлены методы учебно-научных исследований для регистрации 
электрической составляющей излученного изделием электромагнитного поля - 
сигнального радиопрофиля (СРП). Посредством корреляционного анализа  
4 
 

и статистического метода согласия Пирсона, показана возможность использования СРП как новой ФНФ, позволяющей провести идентификацию радиоэлектронных устройств по сигнальному радиогеному с заданной вероятностью распознавания.  
5 
 

 
1. СИГНАЛЬНО-АРХИТЕКТУРНЫЙ 
РЕИНЖИНИРИНГ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ  
В связи с активным развитием Государственной целевой программы по импортозамещению чрезвычайно важной стратегической задачей является рациональная модернизация и активный контроль экономической безопасности ключевых секторов отечественной промышленности, в которой особая роль отводится развитию современных радиоэлектронных средств, технологиям их производства и противодействию спецпроектным реинжиниринговым исследованиям 
оригинальных изделий и разработок ОПК, в том числе, поставляемых под экспортные заказы, либо частично изготовляемых импортным высокотехнологичным производством на базе российской технической документации в исключительных случаях по внешнеэкономической кооперации.  
В то же время, принимая во внимание объем морально устаревшего радиоэлектронного оборудования и ЭКБ, находящихся в режиме долгосрочной эксплуатации и ограниченного перечня импортной ЭКБ, допущенной ОПК, возрастает необходимость активной модернизации и, если потребуется, продления 
жизненного цикла радиоэлектронной аппаратуры. Это требует, как подготовки 
квалифицированных специалистов, умеющих модернизировать существующее 
радиоэлектронное оборудование, в том числе специального назначения, особенно в тех случаях, когда конструкторская документация утрачена или недоступна, так и создания высокотехнологичных реинжиниринговых центров, оснащенных современными лабораториями с высокоточным оборудованием системного анализа, диагностики и прототипирования.  
Продление жизненного цикла изделий представляет собой системный порядок действий и инструкций по разработке и внедрению методов и технологий, 
позволяющих в кратчайшие сроки локализовать неисправность устройства, провести функциональное тестирование, определить надежность изделия, подобрать замены неисправным элементам на современном технологическом уровне, 
устранить отказ изделия, создать его усовершенствованный аналог-прототип 
даже в случае отсутствия рабочей документации, и самое важное, разработать и 
предусмотреть конструкторско-технологические меры на этапе проектирования 
и производства изделия по противодействию методам и средствам реверсного 
инжиниринга.  
В настоящее время при модернизации и диагностики на радиоэлектронном производстве и ускоренном инновационном развитии возникает спрос  
6 


на реинжиниринговые услуги по оригинальному проектированию и созданию 
изделий и технологий их производства, а также усовершенствованию производственных линий на базе отечественных и зарубежных технических решений. 
Технологии высокоточного производства усложняются, приобретая комплексный характер, что в свою очередь усиливает спрос на специфическую деятельность, связанную с развитием процесса разработки новых методов экспертного 
реинжиниринга.  
Перспектива полной технологической независимости от зарубежных поставщиков еще труднореализуема, так как импортные инновационные технологии являются мощным ресурсным объектом закрытой интеллектуальной собственности и защищены проектно-техническими приемами реверсного противодействия, в том числе, исключающего возможность легкодоступного прототипирования, так как известно, что реинжиниринг способен не только повторить конструкцию изделия, но и даже полностью воссоздать весь технологический цикл производства по исследуемому образцу.  
В связи с этим для усиления конкурентных позиций отечественных производителей, особенно в части ОПК, необходимо также внедрение и эффективная защита оригинальных инженерных решений и технологий, составляющих 
объект не только интеллектуальной собственности, полагая, что «know-how», 
воплощенное в изделие, можно защитить через спецпроектные концептуальные 
решения реинжинирингового противодействия. Для этого необходима разработка научного подхода в области методов и средств реинжиниринговых исследований. Так, например, одним из перспективных решений в области распознавания программно-аппаратной архитектурны электронных устройств по излучениям их элементов сигнальной топологии является метод радиосенсорной диагностики и аутентификации по радиогеному, составляющего радиопортрет 
электронного изделия.  
Определение уровня развития радиоэлектронной промышленности  
в части запатентованных решений может осуществляться посредством изу- 
чения документов международных патентных архивов, однако опыт целого 
ряда по какой-либо причине недоступных или мало изученных технических  
решений, можно свободно позаимствовать за счет применения реверсного  
инжиниринга образца изделия, приобретенного на абсолютно правовых основаниях.  
Важно отметить, что с точки зрения защиты интеллектуальной собственности реверсный инжиниринг является спорным предметом правового поля, 
7 
 

так как воссоздание точной копии изделия исключительно явным образом нарушает авторское право. Однако безлицензионные реверсинжиниринговые специсследования в части анализа продукции, в том числе импортного производства, с последующим созданием нового модернизированного изделия, не повторяющего в точной копии оригинал исследуемого образца, а лишь учитывающий 
детали и взаимосвязи в нем, не являются нарушением прав интеллектуальной 
собственности, и, даже напротив, активно влияют на стимулирование рационализаторских конструкторско-технологических решений, развитие новых методов проектирования и технологий в производстве, а также, в понимании методов спецпроектного анализа, позволяет строить собственную отечественную 
модель противодействия реверсному инжинирингу, тем самым сохраняя недоступным воссоздание функциональных изделий, не говоря уже о технологиях, 
реализующих их оригинальное исполнение. Концептуальный подход спецпроектного реинжиниринга начинается с экспертного технического исследования 
образца готового изделия, либо системного процесса и разворачивается обратным ходом в логическом порядке для выявления производственных технологий 
и представляет собой процесс модернизационного прототипирования изделия 
по функционально-логическим, физическим и объемно-топологическим характеристикам, путем многопараметрического исследования, измерения и системно-целевой диагностики конструктивных элементов для разработки технических данных в зависимости от условий эксплуатации и новых требований  
к прототипному выпуску.  
Таким образом, концептуальная стратегия спецпроектных исследований 
преследует создание нового усовершенствованного прототипного изделия,  
а также параметрическое исследование и диагностику с целью повышения его 
надежности, развития новых технических решений и технологий, что не противоречит нарушению прав патентообладателей и не преследует цель копирования изучаемого образца. При этом современные тенденции исследования в области реинжиниринга радиоэлектронных средств (РЭС) занимают доминирующие позиции в области обеспечения информационно-технической безопасности радиоэлектронной аппаратуры, создаваемой на импортной ЭКБ, с целью 
идентификации сигнальных процессов, элементов и электрических цепей,  
реализующих программно-аппаратные решения средств внутрисистемных  
режимов собственного радиоподавления, радиоперехвата или аутоидентификации. Таким образом, возникает ряд задач, касающихся создания и применения 
специальных проектно-технологических мер обеспечения технического про- 
8 
 

тиводействия, исключающего условия возникновения заявленных нештатных 
режимов работы изделий РЭС на аппаратном уровне. 
Реинжиниринговые исследования являются именно таким инструментом, 
позволяющим проанализировать и разработать научно-практическую стратегию 
проектирования и производства изделий РЭС с целью безошибочного выбора номенклатуры ЭКБ, а также создания выпускаемой продукции в защищенном  
от реинжиниринга исполнении.  
 
 
	 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 
1. В чем состоит актуальность реинжиниринговых исследований в рамках 
решения задач противодействия обратному проектированию"  
2. Какие научно-практические задачи преследует сигнально-архитектурный 
реинжиниринг электронных средств"  
3. Перечислите основные этапы жизненного цикла радиоэлектронного изделия.  
4. Какие функции выполняют реинжиниринговые исследования при модернизации и диагностике электронных средств"  
5. В чем состоит концептуальный подход спецпроектного реинжиниринга" 
6. Какую роль играют антиреинжиниринговые программно-аппаратные, а 
также проектно-технологические решения при создании радиоэлектронных средств"  
7. На каких программно-аппаратных уровнях защиты от обратного проектирования осуществляется разработка электронных изделий"  
8. Сформулируйте основные требования к обеспечению технической оригинальности радиоэлектронного изделия. 
9. Насколько реинжиниринговые исследования способны стимулировать 
развитие радиоэлектронной индустрии в рамках действия правового поля 
на интеллектуальную собственность"  
10.Сформулируйте различие между понятиями идентификации и аутентификации радиоэлектронного изделия, в т. ч. по сигнальному радиогеному.  
9 
 

 
2. РЕИНЖИНИРИНГ  
РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ  
С МНОГОСЛОЙНОЙ ПЕЧАТНОЙ ТОПОЛОГИЕЙ  
Характер, сложность, а также необходимость в многослойном топологическом исполнении изделий печатных плат определяется выбором способа обработки сигналов, типоконструкцией и интеграцией ЭКБ, рядом массогабаритных, теплофизических и радиочастотных параметров схемотехнической архитектуры радиоэлектронного устройства. Как известно, в радиоэлектронике разделяют три подхода в решении задач обработки сигналов: аналоговая, цифровая 
и аналого-цифровая обработка. При этом аналоговая обработка является исключительно аппаратным способом, состоящим в применении радиоэлектронных 
элементов и устройств, использующих различные физические принципы, явления и свойства материалов, в то время как цифровая обработка реализуется посредством универсальной программно-аппаратной алгоритмизации. Такой подход в области активного применения средств цифровой обработки сигналов 
приводит к миниатюризации и типизации создания ЭКБ на базе ТТЛ-  
и КМОП-логики: микропроцессоров, контроллеров и ПЛИС. Это, безусловно, 
положительно влияет на унификацию технологии процессов от серийного до 
массового производства, с одной стороны, но и является уязвимым фактором в 
развитии обеспечения технического противодействия реинжиниринговым исследованиям печатных модулей. Действительно, экспертный реинжиниринг 
многослойных печатных плат (МПП) способен не только послойно повторить 
оригинальность топологии рисунка, но и в высоковероятной степени воссоздать принципиальную схему радиоэлектронного узла, вплоть до уникальности 
технологии его производства. При этом наличие печатной платы в сборе с радиоэлементами является необязательным условием, поскольку типизация посадочных мест ЭКБ с определяемым числом выводов, топологией цепей обвязки 
по питанию, сигнальных шин, посадочных мест под дискретные элементы и 
микросхемы, позволяет практически безошибочно идентифицировать и констатировать принадлежность печатного узла к конкретному функциональному 
типу изделия по трассировке, что косвенным образом позволяет выявить номенклатуру ИМС и тип микросистемного устройства, например, цифрового 
приемопередатчика, а далее - его основные радиотехнические параметры.  
Важно отметить, что функциональная идентификация печатных модулей 
по топологии является ключевым моментом в обеспечении технических мер 
10