DFG-Projekt NANOSEC2: Mehr Zufall für sicherere „Fingerabdrücke“

Bei der Fertigung von Chips für Sensoren entstehen minimale, ungewollte Abweichungen, die den Chip einzigartig machen und als „Fingerabdruck“ zur Identifikation dienen können. Im Forschungsprojekt Nanosec² sollen diese Fingerabdrücke nun verbessert werden, sodass sie mehr Zufall und weniger Fehler enthalten.

Ob Thermostat an der Heizung, Roboter in der Industrie oder Messgerät im Flugzeug: Viele Systeme unseres Alltags sind mit Sensoren ausgestattet, die mit Chips arbeiten. Besonders, wenn die entstehenden Sensordaten sicherheitsrelevant sind, müssen die Chips resistent gegen Manipulation sein. In der Informatik macht man sich deshalb die kleinen, produktionsbedingten Abweichungen der Chips zunutze, um Hardware eindeutig identifizieren zu können. Physically Unclonable Functions, physikalisch unkopierbare Funktionen, nennen sich diese einzigartigen Codes, kurz PUFs.

In diesem Projekt erforschen wir Physical Unclonable Functions (PUFs) mit verbesserten Eigenschaften basierend auf Nanomaterial-Schaltungen, die in einer modularen Plattformtechnologie hergestellt wurden. Hierfür machen wir verschiedene Entropiequellen nutzbar und greifen auf die erhöhte Oberflächensensitivität von Nanomaterialien zurück, um ihre elektronischen Eigenschaften zu modifizieren. Dadurch werden sowohl die Transistorkennlinien als auch die zeitliche Dynamik verändert. Hierfür bringen wir gezielt Nanokavitäten in den Passivierungsstapel von Kohlenstoffnanoröhren-basierten Feld-Effekt-Transistoren (CNT-FETs) ein um die Gate-Architekturen zu modifizieren und so die Entropie zu erhöhen. Dies ermöglicht quaternäre PUFs mit vier verschiedenen Arten von PUF-Zellen, nämlich leitende, halbleitende, veränderte halbleitende und nichtleitende Zellen. Zudem werden wir konfigurierbare CNT-FET-Schaltungen realisieren, um durch Manipulation der Hystereseeigenschaften ein noch höheres Maß an Entropie zu erreichen. Darüber hinaus werden wir die Konstruktion von „erasable PUFs“ untersuchen, bei denen selektiv einzelne PUF-Zellen nach ihrer Nutzung gelöscht werden. Aufbauend auf unseren bisherigen Arbeiten zu nicht-invasiven Angriffen gegen CNT-basierte PUFs werden wir die Widerstandsfähigkeit der konstruierten CNT-PUFs gegen Seitenkanal- sowie Fehlerinjektions-Angriffe testen.

Das Forschungsprojekt heißt mit vollem Namen „Technologieplattform für nanomaterial-basierte PUF-Schaltungen mit hoher Entropie“ und ist eine Kooperation der Universität Passau mit der Technischen Universität Chemnitz. Es baut auf Erkenntnissen aus dem Vorgänger-Projekt NANOSEC auf. Das Vorhaben wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft über eine Laufzeit von drei Jahren gefördert und ist Teil des DFG Schwerpunkts „Nanosecurity“.

Projektleitung an der Universität Passau	Prof. Dr. Stefan Katzenbeisser (Lehrstuhl für Technische Informatik) Prof. Dr. Elif Bilge Kavun (Juniorprofessur für Sichere Intelligente Systeme)
Laufzeit	01.04.2024 - 31.03.2027
Mittelgeber	DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft > DFG - Sachbeihilfe
Projektnummer	439892735