传统硬件混淆从物理级、逻辑级、行为级等进行单层次混淆，没有发挥多级协同优势，存在安全隐患。该文通过对物理版图、电路逻辑和状态跳变行为的关系研究，提出多级协同混淆的硬件IP核防护方法。该方案首先在自下而上协同混淆中，采用虚拟孔设计版图级伪装门的方式进行物理-逻辑级混淆，采用过孔型物理不可克隆函数(PUF)控制状态跳变的方式实现物理-行为级混淆；然后，在自上而下协同混淆中，利用密钥控制密钥门进行行为-逻辑级混淆，利用并行-支路混淆线的方法完成行为-物理级混淆；最后提出混淆电路在网表的替换机制，设计物理-逻辑-行为的3级协同混淆，实现多级协同混淆的IP核安全防护。ISCAS-89基准电路测试结果表明，在TSMC 65 nm工艺下，多级协同混淆IP核在较大规模测试电路中的面积开销占比平均为11.7%，功耗开销占比平均为5.1%，正确密钥和错误密钥下的寄存器翻转差异低于10%，所提混淆方案可有效抵御暴力攻击、逆向工程、SAT等攻击。

硬件安全;IP核防护;硬件混淆;多级协同