طراحی و تحقق یک مدار مقایسه‌کننده فرکانس مبتنی بر توابع فیزیکی غیرقابل کپی برداری برای محافظت از اصالت سخت‌افزار

Abstract

یکی از چالش­های مهم در امنیت سخت­افزار مقابله با کپی­سازی و استفاده از سخت­افزارهای جعلی به­­­جای سخت­افزارهای اصلی و واقعی است. در حقیقت هدف این نوع حمله خدشه­دار کردن اصالت سخت­افزار است و هدف آن کشف کلید یا پارامترهای حساس ابزار رمز نیست. از این­رو، برای مقابله با آن باید تمهیدات ویژه و متفاوت با روش­های متداول محافظت از امنیت الگوریتم­ها و سامانه­ها در نظر گرفته شود. یکی از موثرترین روش­های مقابله با این نوع حملات و محافظت از اصالت سخت­افزار استفاده از توابع کپی­ناپذیر فیزیکی یا پاف است. توابع کپی­ناپذیر فیزیکی را می­توان برای استخراج پارامترهای مخفی از خصوصیات فیزیکی و ذاتی مدارهای مجتمع مورد استفاده قرار داد. فرآیندهای وابسته پاف­ها می­توانند انواع و اقسام داشته باشند اما پاف­های سیلیکونی که بر مبنای تاخیرها و زمان­بندی­های خاص هر فرآیند هستند متداول­تر هستند. در این مقاله تحقق عملی یک پاف سیلیکونی مبتنی بر نوسان­ساز حلقوی بر روی تراشه­های FPGA از خانواده Xilinx گزارش شده است. نتایج پیاده­سازی نشان داد که با استفاده از پنج نوسان­ساز حلقوی قادر به ارائه یک کد امنیتی منحصر به­فرد 10 بیتی با مصرف تقریبآ یک درصد از سطح تراشه هدف هستیم ضمن آن­که با صرف سخت­افزار بیشتر قادر به دست­یابی به کدهای طولانی­تر و امنیت بیشتر هستیم. تمامی شبیه­سازی­های انجام شده بر روی یک رایانه قابل حمل با مشخصات پردازنده مرکزی از نوع دو هسته­ای با فرکانسGHz 2 و GB 4 حافظه RAM پیاده­سازی شده­اند.