近年来，芯片设计制造业实现了全球的分工与转移，根据半导体产业协会的数据，欧美地区的集成电路（IC）市场份额逐渐减少，而亚太地区的IC市场份额逐年增加。IC制造的全球化不仅体现在IC制造市场的全球化分布，而且体现在IC设计、制造、销售等IC供应链的全球化，即不同地区的分工以及侧重点有所不同。IC供应链全球化的机制降低了维持完整生产线的成本、加速了IC开发周期，更好地迎合了快速发展的IC市场。同样在中国，国内的IC生产份额远远跟不上快速增长的中国IC市场份额，这意味着中国大部分IC需求依赖于进口。　　然而，IC供应链的全球化引发了严重的安全威胁，即当IC开发环节中的设计、生产、测试、组装等某一环节或者某几个环节不可信赖时，可能会存在木马电路、电路知识产权（IP）窃取等情况。当这些不可靠的芯片被应用到诸如军事、金融、医疗等关键系统中，将产生严重的后果。本研究针对IC供应链中日益严重的硬件木马、电路知识产权窃取等安全威胁提出了具有创新性且高效的防御机制。本文主要研究内容如下：　　（1）针对传统电路中的木马电路，我们提出了运行阶段的木马电路检测与错误恢复技术，其能够保证任务能够正确按时完成，这对于建立在不可信IP核之上的实时嵌入式或关键任务型系统具有重要意义。运行阶段的木马电路检测与错误恢复技术由检测阶段和恢复阶段组成，当在检测阶段检测到木马电路引起的错误时，恢复阶段能够保证得到正确的结果。由于在木马电路检测与错误恢复过程中须依据规则将不同运算绑定到来自不同厂商的IP核上执行，本文提出整数线性规划模型用于映射任务调度和绑定，其能够在保证达到安全目标的前提下最小化来自不同厂商的IP核采购开销。　　（2）针对可逆电路中的木马电路，探究了硬件木马在可逆电路的检测防御方法：首先，根据可逆电路与传统电路的不同，分析了可逆电路中的木马电路与传统电路中木马电路的不同，分析了可逆电路中的木马电路与一般错误的不同；其次，提出通过特定的测试序列检测简单的木马电路；最后针对一般的木马电路提出了I/O混淆技术以削弱攻击者施行特定的攻击能力从而预防木马电路的插入。　　（3）针对电路知识产权的窃取，提出了寄存器传输级的电路混淆算法用以预防电路知识产权的窃取。电路知识产权保护的技术大多为门级或布局级的混淆技术，不仅引入了重新设计开销，而且打破了原有的优化布局产生了额外的性能开销。本文分别基于嵌入式可编程逻辑和分离制造提出了电路知识产权保护算法，实现了安全目标与成本开销的动态调节。　　本文还对所提出的木马电路检测与错误恢复技术、可逆电路中的木马电路检测与预防技术、集成电路的高层次混淆技术进行了验证实验。实验结果证实上述技术能够在达到安全目标的同时优化成本开销，和相关工作对比同样证明了提出技术的有效性。