自己破壊回路とさらなるセキュリティ方式

先週の国際ソリッドステート回路会議 (ISSCC) で、研究者たちは最も卑劣なハッキング攻撃にも対抗するためのいくつかのテクノロジーを紹介しました。 エンジニアたちは、ハッカーが回路基板にプローブを配置してコンピューター内のデジタル トラフィックを読み取ろうとしていることを検出する方法を発明しました。 他の研究者は、アクティブなプロセッサーから放射される電磁放射を難読化し、その秘密を明らかにする可能性のある新しい方法を発明しました。 さらに他のグループは、チップが独自のデジタル指紋を生成し、その信頼性を確保するための新しい方法を開発しました。 そして、それらさえ侵害された場合、あるチームはチップ指紋による自己破壊計画を思いつきました。

プローブ攻撃アラーム

最も防御が難しい攻撃には、ハッカーがシステムの回路基板に物理的にアクセスし、さまざまなポイントにプローブを設置できる場合が含まれます。 適切な場所でのプローブ攻撃は、重要な情報を盗み、トラフィックを監視するだけでなく、システム全体を乗っ取る可能性があります。

「これは危険な攻撃の開始点になる可能性があります」とコロンビア大学のミングー・ソク研究室の学生であるマオ・リー氏はISSCCの技術者に語った。

Intelの回路技術研究ディレクターのVivek De氏を含むコロンビアのチームは、プロセッサとメモリを接続するプリント基板のトレースに取り付けられる回路を発明した。 PACTORと呼ばれるこの回路は、相互接続に接触しているプローブの明らかな兆候（0.5ピコファラッド程度の静電容量の変化）を定期的にスキャンします。 その信号を受信すると、ラオス語で保護エンジンと呼ばれるもの、つまりプロセッサにデータ トラフィックを暗号化するように指示するなどして攻撃を防御できるロジックが作動します。

防御を常に作動させるのではなく、防御を発動するほうが、コンピュータのパフォーマンスにメリットがある可能性があるとリー氏は主張した。 「常時オンの保護と比較すると、検出主導の保護では遅延もエネルギーのオーバーヘッドも少なくなります」と彼は言いました。

初期の回路は温度に敏感であり、熟練した攻撃者が悪用する可能性がありました。 高温では回路が誤った警報を発し、室温以下では実際の攻撃を見逃してしまいます。 研究チームは、システムが室温のどちら側にあるかに応じてプローブ感知回路に異なるしきい値を設定する温度感知回路を追加することで、この問題を解決しました。

電磁攻撃

「セキュリティクリティカルな回路モジュールは、電源やネットワークなどのサイドチャネルを通じて機密情報を漏洩する可能性があります。 [electromagnetic] 放出。 そして、攻撃者はこれらのサイドチャネルを悪用して機密情報にアクセスする可能性があります」とテキサス大学オースティン校の博士課程学生であるシリッシュ・オルガンティ氏は述べた。

たとえば、AES 暗号化プロセスにおける鍵計算 (SMA) のタイミングを認識しているハッカーは、チップから秘密を収集することができます。 オルガンティ氏とテキサス大学オースティン校とインテルの同僚は、信号を隠すことで盗難に対抗する新しい方法を考案しました。

イノベーションの 1 つは、SMA を 4 つの並行ステップに分割することでした。 次に、各サブステップのタイミングがわずかにシフトされ、サイドチャネル信号がぼやけます。 もう 1 つは、Organti が調整可能なレプリカ回路と呼んだものを挿入することでした。 これらは、SMA の観測可能なサイドチャネル信号を模倣するように設計されています。 調整可能なレプリカ回路は、現実的ではあるがランダムな時間だけ動作し、盗聴攻撃者から実際の信号を隠します。

インテルのエンジニアを含むテキサスのチームは、IC のさまざまな部分からの信号を識別するのに十分な電磁スキャナーを使用して、4,000 万回の試行にもかかわらず、テスト チップのキーを解読できませんでした。 通常、保護されていないバージョンのチップからキーを取得するには、わずか約 500 回の試行しかかかりませんでした。

この回路はそのうち自己破壊します…

物理的に複製できない機能 (PUF) は、チップ上の個々のトランジスタの電子的特性のわずかな違いを利用して、各チップのデジタル指紋のように機能する固有のコードを作成します。 エリック・ハント＝シュローダー率いるバーモント大学のチームは、マーベル・テクノロジーも参加し、PUF をさらに一歩前進させました。 何らかの形で侵害されると、この PUF は実際にそれ自体を破壊する可能性があります。 それも非常に徹底しています。 システムは 1 つではなく 2 つの回路自殺方法を使用します。

どちらも、暗号化キーのビット生成回路に接続されているラインの電圧をポンプアップすることに起因します。 1 つの効果は、回路の最長の相互接続の電流が増加することです。 これはエレクトロマイグレーション、つまり非常に狭い相互接続内の電流が文字通り金属原子を所定の位置から吹き飛ばし、ボイドや開回路を引き起こす現象につながります。

2 番目の方法は、トランジスタのオンとオフを切り替える能力に不可欠な小さな絶縁体であるトランジスタのゲート誘電体に対する電圧の増加の影響に依存しています。 Hunt-Schroeder のチームが使用している高度なチップ製造技術では、トランジスタは 1 ボルト未満で動作するように作られていますが、自己破壊方式ではトランジスタに 2.5 V がかかります。本質的に、これにより、時間依存性の絶縁破壊と呼ばれる経年劣化の影響が加速され、その結果、ゲート誘電体全体で短絡が発生し、デバイスが破壊されます。

ハントシュローダー氏は、研究者らが走査電子顕微鏡を使用してSRAMベースのPUFのクローンを作成できたという報告によって、これらの鍵殺人回路を作成する動機になった、と同氏は述べた。 このような自己破壊システムは、偽造チップが市場に流入するのを防ぐこともできる、とハントシュローダー氏は述べた。 「部品は使い終わると、役に立たなくなるような方法で破壊されます。」