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Projekt
Intrinsische physical unclonable functions aus neuartigen nichtflüchtigen Speichern
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Tolga Arul; Professor Dr. Stefan Katzenbeisser
Fachliche Zuordnung
Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
Förderung
Förderung von 2020 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440182124
Aktuelle Entwicklungen führen zur Verbreitung ressourcenbeschränkter Geräte, die zunehmend umfangreiche und weitreichende Aufgaben übernehmen. Hervorgerufen durch Abweichungen während der Halbleiterherstellung, ermöglichen speicherbasierte PUFs leichtgewichtige, kostengünstige und flexible Sicherheitsprimitive zum Schutz dieser Geräte. Parallel zu diesen Trends nähert sich die Integrationsdichte von Schaltkreisen der sogenannten Skalierungsgrenze, bei der Strukturen so klein werden, dass die gespeicherten Informationen schwer wiederzugewinnen sind und die infolgedessen neuartige nichtflüchtige Speicher (NVM) auf den Plan ruft. In diesem Projekt untersuchen wir den Aufbau von intrinsischen PUFs auf kommerziell erhältlichen NVMs in den Ausprägungen als magnetoresistive (MRAM), resistive (ReRAM) und ferroelektrische (FRAM) Arbeitsspeicher. Für MRAM gibt es in verwandten Arbeiten eine vergleichsweise hohe Anzahl von Ansätzen zum Aufbau von extrinsischen PUFs, die auf speziell angefertigten Speicherzellen vorgeführt werden. Zur Gewinnung neuer Erkenntnisse werden zunächst bestehende Verfahren weiterentwickelt, um intrinsische PUF-Instanzen auf handelsüblichen MRAMs zu realisieren. Bisher werden in verwandten Arbeiten Methoden zur Realisierung von PUFs auf RRAM in geringerem Umfang behandelt. Daher werden zunächst Experimente an speziell angefertigten ReRAM-Speicherzellen durchführt. Auf diese Weise können verschiedene physikalische Eigenschaften der Speicherzellen variiert und die Auswirkungen auf das PUF-Verhalten unmittelbar geprüft werden. Danach werden bereits gewonnene Erkenntnisse genutzt und erfolgreiche Strategien auf handelsübliche ReRAM-Module übertragen. Schließlich werden FRAMs untersucht, für die keine allgemein bekannten Arbeiten zu funktionsfähigen PUFs publiziert wurden. Daher werden die im Verlauf des Projekts gesammelten Erfahrungen genutzt, um charakteristisches Verhalten auf FRAMs anzuregen. Alle gewonnenen PUF-Instanzen werden nach etablierten Qualitätsmetriken systematisch charakterisiert. Da PUFs aus herkömmlichen Speichern anfällig für Schwankungen der Temperatur und der Versorgungsspannung sowie für Magnetfelder und Strahlung sind, werden unterschiedliche Umgebungsbedingungen für die Charakterisierung von PUFs aus NVMs erzeugt. Danach werden die Ergebnisse quantifiziert und hochentwickelte Methoden wie Protokolle, Fehlerkorrekturcodes, stochastische Modelle usw. genutzt, um die Qualität und die Widerstandsfähigkeit der PUFs gegenüber Umgebungseinflüssen zu verbessern. Bei der Nutzung von NVMs als Arbeitsspeicher in heutigen Computern sind Zugangsdaten und Ergebnisse kryptografischer Operationen aufgrund der inhärenten Speichereigenschaften unmittelbar zugänglich. Dieser Nachteil kann durch die Verwendung der Selbstverschlüsselung überwunden werden, wobei derselbe NVM zu 2 unterschiedlichen Zwecken verwendet wird: Als Speicher für Daten und als PUF zur Gewinnung des Schlüssels zur Verschlüsselung dieser Daten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
