Nuevo diseño de transistor disfraza hardware de chip de computadora clave para proteger contra piratas informáticos

Un pirata informático puede reproducir un circuito en un chip al descubrir qué están haciendo los transistores clave en un circuito, pero no si el "tipo" de transistor es indetectable. Los ingenieros de la Universidad de Purdue han demostrado una forma de disfrazar qué transistor es cuál construyéndolos con un material similar a una hoja llamado fósforo negro.

Los chips de ingeniería inversa son una práctica común, tanto para piratas informáticos como para empresas que investigan infracciones de propiedad intelectual. Los investigadores también están desarrollando técnicas de imágenes de rayos X que no requerirían tocar un chip para realizar ingeniería inversa.

El enfoque que han demostrado los investigadores de Purdue aumentaría la seguridad en un nivel más fundamental. La forma en que los fabricantes de chips elijan hacer este diseño de transistor compatible con sus procesos determinaría la disponibilidad de este nivel de seguridad.

Un chip calcula usando millones de transistores en un circuito. Cuando se aplica un voltaje, dos tipos distintos de transistores, un tipo N y un tipo P, realizan un cálculo. La replicación del chip comenzaría con la identificación de estos transistores.

“Pero debido a que son claramente diferentes, las herramientas adecuadas podrían identificarlos claramente, lo que le permite retroceder, descubrir qué está haciendo cada componente individual del circuito y luego reproducir el chip”, dijo el profesor Joerg Appenzeller. Por lo tanto, si estos dos tipos de transistores parecen idénticos en la inspección, un pirata informático no podría reproducir un chip mediante la ingeniería inversa del circuito.

El equipo de Appenzeller demostró en su estudio que camuflar los transistores fabricándolos con un material como el fósforo negro hace que sea imposible saber qué transistor es cuál. Cuando un voltaje cambia el tipo de los transistores, estos aparecen exactamente iguales para un hacker.

Si bien el camuflaje ya es una medida de seguridad que utilizan los fabricantes de chips, generalmente se realiza a nivel de circuito y no intenta ocultar la funcionalidad de los transistores individuales, lo que deja al chip potencialmente vulnerable a las técnicas de piratería de ingeniería inversa con las herramientas adecuadas.

El método de camuflaje que demostró el equipo de Appenzeller sería construir una clave de seguridad en los transistores. Ese enfoque haría que los transistores de tipo N y P se vean iguales en un nivel fundamental. Realmente no podrías distinguirlos sin conocer la clave. Ni siquiera el fabricante del chip podría extraer esta clave después de producir el chip. “Podrías robar el chip, pero no tendrías la clave”, dijo Appenzeller.

Las técnicas de camuflaje actuales requieren más transistores para ocultar lo que sucede en el circuito. Pero ocultar el tipo de transistor usando un material como el fósforo negro, un material tan delgado como un átomo, requiere menos transistores, ocupando menos espacio y energía, además de crear un mejor disfraz, dijeron los investigadores.

La idea de oscurecer el tipo de transistor para proteger la propiedad intelectual del chip surgió originalmente de una teoría de la profesora de la Universidad de Notre Dame Sharon Hu y sus colaboradores. Por lo general, lo que delata a los transistores de tipo N y P es cómo transportan la corriente. Los transistores de tipo N transportan una corriente mediante el transporte de electrones, mientras que los transistores de tipo P utilizan la ausencia de electrones, llamados huecos.

El fósforo negro es tan delgado, se dio cuenta el equipo, que permitiría el transporte de electrones y huecos a un nivel de corriente similar, haciendo que los dos tipos de transistores parecieran fundamentalmente iguales. Fue entonces cuando demostraron experimentalmente las capacidades de camuflaje de los transistores basados ​​en fósforo negro. También se sabe que estos transistores funcionan con los voltajes bajos de un chip de computadora a temperatura ambiente debido a su zona muerta más pequeña para el transporte de electrones, descrita como una pequeña "brecha de banda".

Pero a pesar de las ventajas del fósforo negro, la industria de fabricación de chips probablemente usaría un material diferente para lograr este efecto de camuflaje. “La industria está comenzando a considerar materiales 2D ultrafinos porque permitirían que quepan más transistores en un chip, haciéndolos más potentes. Aunque el fósforo negro es un poco demasiado volátil para ser compatible con las técnicas de procesamiento actuales, mostrar experimentalmente cómo podría funcionar un material 2D es un paso hacia descubrir cómo implementar esta medida de seguridad”, dijo Appenzeller.