Hohe Hürde für Plagiate
Dank intrinsischer Eigenschaften, die sich aus den Fertigungstoleranzen ergeben, lassen sich Mikrochips fälschungssicher machen.
Die Produktpiraterie macht auch vor den Hightech-Branchen nicht halt. Während bislang vor allem die Forschung über Fälschungssicherheit auf Mikrochip-Ebene diskutiert wurde, dürfte das Thema künftig auch in der Industrie zunehmend an Bedeutung gewinnen. Ein Ansatz zum Schutz vor Fälschungen sind so genannte Physical Unclonable Functions (PUFs). Bei ihnen nutzt der Hersteller eines elektronischen Schaltkreises eine intrinsische Eigenschaft des IC, um daraus einen bauteilspezifischen Datenschlüssel zu erzeugen. Solche intrinsische Eigenschaften ergeben sich aus den Fertigungstoleranzen und können zum Beispiel Frequenzen oder Laufzeiten sein. Die Idee ist noch keine zehn Jahre alt. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Sichere Informationstechnologie (SIT) in Garching haben nun zwei Demonstratoren entwickelt, die das Prinzip nutzen.
Wie ein Fingerabdruck können Eigenschaften, die von Fertigungsschwankungen abhängen, Mikrochips unverwechselbar machen.(Bildquelle: Fraunhofer SIT)
Im einen Fall handelt es sich um Ringoszillatoren, deren Taktfrequenzen aufgrund von Fertigungstoleranzen leicht unterschiedlich ausfallen. Die Forscher erfassen diese Frequenzunterschiede zwischen jeweils zwei Oszillatoren, um daraus die einzelnen Bits für eine Verschlüsselung mit einem 128 Bit langen Schlüssel – dem heutigen Standard in der Informationstechnologie – abzuleiten. Um auf die erforderliche Zahl an Bits zu kommen, sind mindestens 129 Oszillatoren nötig. Allerdings muss sich die PUF unabhängig von Umgebungseinflüssen und Alterung des Bauteils ermitteln lassen, sodass in Wirklichkeit mehr Oszillatoren erforderlich sind – in der Größenordnung von tausend. Wie viele genau, hängt auch vom Fehlerkorrekturalgorithmus der verwendeten Implementierung ab.
Der zweite Prototyp, den die Fraunhofer-Forscher entwickelt haben, nutzt über Kreuz verbundene Latches (zustandsgesteuerte Flip-Flops), um die PUF zu erzeugen. Hier ergibt sich der Messwert aus dem spezifischen Zustand, den jedes der Latch-Paare einnimmt, wenn sie zunächst gegensätzlich angeregt werden und dann die Anregung endet.
PUFs lassen sich direkt in anwendungsspezifische Schaltkreise (ASICs) oder in programmierbare (FPGAs) integrieren. Zu den Anwendungen, für die dieser Fälschungsschutz interessant sein kann, gehören Smartcards oder auch elektronische Steuergeräte in der Automobilindustrie.
Michael Vogel
