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Projekt
Auf dem Weg zu sicheren elektroformungsfreien memristiven kryptografischen Implementierungen (MemCrypto)
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr.-Ing. Nan Du, Ph.D.; Professor Dr. Ilia Polian
Fachliche Zuordnung
Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439827659
Memristoren haben sich mit ihren außergewöhnlichen Eigenschaften und vielfältigen Anwendungen zu einer Schlüsseltechnologie im Bereich der Kryptografie entwickelt. In der ersten Förderphase dieses Projekts (MemCrypto1) konnten wir die Machbarkeit memristiver kryptografischer Schaltungen durch Simulation (unter Verwendung neu entwickelter Mixed-Level-Techniken) und Experimente nachweisen und ihre Anfälligkeit für physische Angriffe untersuchen. Unter den zahlreichen Erkenntnissen von MemCrypto1 sind neuartige, in der CMOS-Technologie nicht existierende Mechanismen für Informationslecks und ein gutes Verständnis für die inhärenten Unzulänglichkeiten der memristiven Technologien. Die Ergebnisse von MemCrypto1 und neue Erkenntnisse aus verwandten Bereichen dienen als Grundlage für MemCrypto2. In der zweiten Förderphase soll memristive Kryptographie auf mehreren Strängen vorangetrieben werden. Erstens die Entwicklung größerer und komplexerer memristiver kryptografischer Schaltungen nach dem Mixed-Mode-Paradigma (MM) mit eingabegesteuerten Schreib- und Leseoperationen verwendet. MM-Schaltungen bieten im Vergleich zu herkömmlichen memristiven Schaltungen eine verbesserte Effizienz, Kompaktheit und Flexibilität, während gleichzeitig Nicht-Idealitäten und Ausdauerprobleme gemildert werden. Zweitens eine Optimierung und Skalierung generischer Syntheseverfahren für sichere MM-Kryptoschaltungen auf großen Crossbars, die die Fähigkeiten der Technologie voll ausschöpfen, neueste Fertigungstechnologien einbeziehen und gegen Angriffe geschützt sind. Drittens die Erforschung von physikalischen Angriffen mit Schwerpunkt auf Fehlerinjektionen, um die Sicherheit der kryptografischen Schaltungen weiter zu verbessern. Viertens ein Übergang zu integrierten Schutzstrategien, die Hiding und Masking auf verschiedenen Abstraktionsebenen kombinieren, um die Robustheit der Schaltkreise für variierende Technologieparametern zu verbessern. MemCrypto2 als ein interdisziplinäres Tandemprojekt profitiert von der erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen Ilia Polian und Nan Du, die durch eine Reihe gemeinsamer Veröffentlichungen belegt ist. Ilia Polian bringt Wissen im Bereich der hardwareorientierten Sicherheit, der Entwicklung komplexer elektronischer Schaltungen und des Schutzes vor physischen Angriffen mit. Nan Du verfügt als Miterfinderin der in MemCrypto1 verwendeten elektroformungsfreien BiFeO3-Memristorent über wertvolle Kenntnisse in ihrer Herstellung, Charakterisierung, Optimierung, Modellierung und Simulation. Zusammen bilden die Antragsteller ein gut abgerundetes Team mit komplementären Fähigkeiten, um alle relevanten Sicherheitsaspekte bei der Verwendung von memristiven Technologien für kryptografische Schaltungen ganzheitlich anzugehen. Ihr kombiniertes Fachwissen und ihre Zusammenarbeit werden einen umfassenden Ansatz zur Entwicklung sicherer und effizienter memristiver kryptographischer Schaltungen im MemCrypto2-Projekt gewährleisten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
