Обфускация оборудования - Hardware obfuscation

Эта статья о обфускация из электронное оборудование. Для обфускации, используемой в компьютерном программном обеспечении, см. обфускация кода.

Обфускация оборудования это метод, с помощью которого описание или структура электронного оборудования изменяются, чтобы намеренно скрыть его функциональность, что значительно усложняет обратное проектирование. Другими словами, аппаратная обфускация настолько изменяет дизайн, что результирующая архитектура становится неочевидной для злоумышленника.[1] Аппаратная обфускация может быть двух типов в зависимости от целевой аппаратной платформы: (a) Аппаратная обфускация ядра DSP - этот тип обфускации выполняет определенное высокоуровневое преобразование графического представления потока данных ядра DSP, чтобы преобразовать его в неизвестную форму, которая отражает неочевидную архитектуру на уровне RTL или гейта. Этот тип обфускации также называется 'Структурная обфускация '. Другой тип метода обфускации ядра DSP называется 'Функциональная обфускация ' - Он использует комбинацию блоков блокировки ядра AES и IP (ILB) для блокировки функциональности ядра DSP с помощью битов ключа. Без применения правильной последовательности клавиш ядро ​​DSP либо выдает неправильный вывод, либо не выводит вовсе [2](б) Комбинационная / последовательная аппаратная обфускация - этот тип обфускации вносит изменения в структуру уровня логического элемента самой схемы. [3][4]

По сути, он отличается от цифровые водяные знаки (где право собственности скрывается в самом цифровом контенте) или от оборудования интеллектуальная собственность (IP) водяные знаки [5] где информация о собственности встроена и скрыта в описании схема. Он также отличается от основанных на криптографии методов аппаратной защиты IP, обычно используемых в процессе проектирования. Программируемая вентильная матрица.[6][7]

Важность аппаратные водяные знаки выросло в последние годы благодаря широкому распространению практики проектирования аппаратных IP-адресов для современных интегральные схемы (ИС), такие как система на чипах (SoC). Основные проблемы безопасности, связанные с IP-адресами оборудования, включают: (a) оборудование нарушение прав интеллектуальной собственности при проектировании SoC; (б) разобрать механизм с целью понять, как это работает изготовленные ИС или база данных проектирования ИС (в изготовление объектов) для производства подделка или клонировать ИС; и (c) злонамеренные модификации IP путем вставки аппаратный троян вызвать функциональную отказ. Обфускация оборудования направлена ​​на минимизацию этих угроз на уровне IP или микросхемы, затрудняя противник чтобы понять фактическую функциональность дизайна.

Методы аппаратной обфускации можно разделить на две основные категории: (а) «пассивные» методы, которые не влияют напрямую на функциональность электронная система и (б) «активные» методы, которые напрямую изменяют функциональность системы. Часто активные методы аппаратной обфускации основаны на «ключах», так что нормальная функциональность обфусцированного дизайна может быть активирована только путем успешного применения единственного заранее определенного ключа или последовательности секретных ключей на входе; в противном случае схема работает в режиме некорректной работы. Это можно сделать, встроив хорошо скрытый конечный автомат (FSM) в схеме для управления функциональными режимами на основе применения ключа. Методика активной аппаратной обфускации на основе ключей в принципе аналогична криптографический с закрытым ключом подходы для Информация защиты, поскольку «последовательность ключей» для обфусцированного дизайна играет ту же роль, что и криптографический ключ. Этот метод может применяться на разных уровнях описания оборудования, а именно на уровне шлюза или уровне передачи регистров (RTL), и, следовательно, может использоваться для защиты программных, твердых и жестких IP-ядер.[8] Обфускация также может помочь эффективно скрыть функции безопасности в ИС и, таким образом, обеспечить защиту ИС от подделки и клонирования на производственных предприятиях.[9]

Напротив, пассивный методы изменяют описание схемы в мягкий форма (например, синтаксические изменения), так что читателю становится трудно понять функциональность схемы. Эти подходы обычно используют либо подстановку строк (включая изменение имени переменной, удаление комментария и т. Д.), Либо[10] или структурные изменения в язык описания оборудования (HDL) описание схемы (включая разворачивание петли, зарегистрировать переименование, так далее.).[11] Главный недостаток пассивный подходов заключается в том, что они не изменяют черный ящик функциональность схемы и, следовательно, не может предотвратить потенциальное использование IP в качестве черный ящик в дизайне. Кроме того, фактическая прочность такого пассивного запутывания является спорной, так как, в общем, обфускация черного ящика не существует, по крайней мере, для программ, вычисляющих определенные математические функции.[12]

Водяной знак оборудования может использоваться вместе с аппаратной обфускацией. В обфусцированном дизайне водяные знаки могут быть эффективной в качестве второй линии защиты от попыток копирования без лицензии.[13]

Исторический контекст

Аппаратная обфускация в вычислениях, вероятно, берет свое начало с мэйнфрейм Процессоры, в основном, производства IBM в 1960-х и 1970-х годах. IBM, чтобы сохранить некоторое конкурентное преимущество, внедрила секретные коды операций, которые будут использоваться только операционной системой с закрытым исходным кодом на мэйнфрейме.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Анирбан Сенгупта, Дипанджан Рой, Сараджу Моханти, Питер Коркоран «Защита дизайна DSP в CE посредством структурной обфускации на основе алгоритмического преобразования», IEEE Transactions on Consumer Electronics, Том 63, Выпуск 4, ноябрь 2017 г., стр: 467 - 476
  2. ^ Анирбан Сенгупта, Дипак Качаве, Дипанджан Рой «Недорогая функциональная обфускация IP-ядер многократного использования, используемых в аппаратном обеспечении CE посредством надежной блокировки», IEEE Transactions on Computer Aided Design of Integrated Circuits & Systems (TCAD), 2018
  3. ^ Анирбан Сенгупта, Дипанджан Рой «Защита ядра интеллектуальной собственности во время архитектурного синтеза с использованием высокоуровневого обфускации на основе преобразования» Письма IET Electronics, том: 53, выпуск: 13, июнь 2017, стр. 849 - 851
  4. ^ М. Ясин, Дж. Раджендран, О. Синаноглу и Р. Карри. «О повышении безопасности логической блокировки». Протоколы IEEE по автоматизированному проектированию интегральных схем и систем 35, вып. 9 (2016): 1411-1424
  5. ^ Э. Кастильо, У. Мейер-Бэзе, А. Гарсия, Л. Парилла и А. Льорис: «IPP @ HDL: эффективная схема защиты интеллектуальной собственности для IP-ядер», IEEE Transactions on VLSI, 16 (5), 2007.
  6. ^ Xilinx Corporation: «Оценка интеллектуальной собственности Xilinx», [1] В архиве 2010-09-20 на Wayback Machine, 2009.
  7. ^ М. Виртлин и Б. МакМуртри: «Доставка IP для ПЛИС с использованием апплетов и JHDL», Конференция по автоматизации проектирования (DAC), 2002.
  8. ^ Р.С. Чакраборти и С. Буниа: «Аппаратная IP-защита RTL с использованием управления на основе ключей и обфускации потока данных», Международная конференция по проектированию очень крупномасштабной интеграции (VLSID), 2010 г.
  9. ^ Дж. Рой, Ф. Кушанфар, И.Л. Марков: «EPIC: конец пиратству в отношении интегральных схем», Дизайн, автоматизация и испытания в Европе (DATE), 2008.
  10. ^ Семья Чаща из Source Come Obfuscators
  11. ^ М. Бжозовский и В. Н. Ярмолик: «Обфускация как защита интеллектуальных прав на языке VHDL», Международная конференция по компьютерным информационным системам и приложениям промышленного управления (CISIM), 2007.
  12. ^ Б. Барак, О. Голдрейх, Р. Импальяццо, С. Рудич, А. Сахай, С.П. Вадхан и К. Ян: «О (не) возможности запутывания программ», Конференция по криптологии по достижениям в криптологии (CRYPTO), 2001 .
  13. ^ Р.С. Чакраборти и С. Бхуния: «HARPOON: Методология проектирования SoC на основе обфускации для защиты оборудования», IEEE Trans. по САПР интегральных схем и систем (TCAD), 2009.