信息技术的发展促进了社会生产力的快速进步,使信息交流变得方便快捷,但同时也带来了信息安全的问题。集成电路技术是信息技术的基石,其安全性是信息安全的前提与保障。安全芯片是集成电路硬件安全的核心技术,也是维护信息安全的重要手段。然而随着技术的发展,针对安全芯片的物理攻击方法正向着多样化、综合化的趋势演变,单一的抗攻击手段通常难以达到很高的防护效果。为了提高芯片系统的安全性,保护重要信息与知识产权,开展针对安全芯片防护技术的深入研究有着重要的社会意义和实际价值。本文针对安全芯片主动屏蔽层的抗侵入式攻击方法开展了全方位的研究。首先,针对多通道数字型主动屏蔽层提出了一种抗重布线攻击的方法,设计了一种重构节点电路,使通道间的数据动态切换,达到屏蔽层走线通道随机重构的目的,并且对节点的出入端口进行数据加密,保障了节点的数据安全。其次,根据重构节点与主动屏蔽层的结构特点,设计了一种基于Galois型环形振荡器的真随机数生成器,通过复用主动屏蔽层与重构节点的电路结构产生真随机数种子,并利用随机数种子产生屏蔽层的控制信号和检测码流。最后,设计了屏蔽层系统的控制电路,使主动屏蔽层按既定的工作模式在随机数生成和抗攻击检测状态之间切换,在确保其检测功能正常的同时极大的提高了抗攻击能力。本文基于SMIC 0.18μm工艺实现了重构节点与主动屏蔽层的电路与版图设计,并对其进行了仿真实验。文中主动屏蔽层的最大失效面积较插入节点之前缩小了80%,电路的动态功耗较插入节点之前仅增加0.4%,重构节点在该工艺下面积仅为4395μm2,真随机数生成器产生的随机密码通过了NIST SP800-22随机数性能测试。设计的主动屏蔽层电路具有占用资源小、功耗较低等优点,可以为安全芯片提供较高等级的防护。