무단 사용 및 불법 생산으로부터 IC를 보호하기 위한 안전한 하드웨어 생성을 위한 다형성 스위치 박스를 이용한 RTL 상호 연결 난독화

Core Concepts

본 논문에서는 다형성 트랜지스터를 이용한 다형성 스위치 박스를 통해 RTL 수준에서 상호 연결을 난독화하는 방법을 제안한다. 또한 보안 인식 고수준 합성 알고리즘을 통해 다중 출력에 영향을 미치는 RTL 기능 장치에 RTL 상호 연결을 할당하여, 다형성 스위치 박스의 잘못된 키 식별 시 해당 출력이 손상되도록 한다.

Abstract

본 논문은 RTL 수준에서 상호 연결을 난독화하는 방법을 제안한다. 주요 내용은 다음과 같다:

다형성 트랜지스터를 이용한 다형성 스위치 박스 설계:

다형성 트랜지스터는 제어 게이트와 극성 게이트의 전압 값에 따라 PMOS 또는 NMOS로 동작할 수 있다.
이를 이용하여 면적 증가 없이 더 많은 키 비트 조합을 가진 다형성 스위치 박스를 설계할 수 있다.

보안 인식 고수준 합성 알고리즘:

데이터 흐름 그래프의 노드와 엣지를 RTL 기능 장치에 할당하는 과정에서 보안 가중치를 고려한다.
다중 출력에 영향을 미치는 기능 장치에 노드와 엣지를 할당하여, 다형성 스위치 박스의 잘못된 키 식별 시 해당 출력이 손상되도록 한다.

전략적 다형성 스위치 박스 삽입:

병렬 및 교차 연결 유형의 다형성 스위치 박스를 전략적 위치에 삽입하여 공격자의 혼란을 가중시킨다.

SMT 기반 RTL 논리 공격에 대한 평가:

제안된 방법을 다양한 벤치마크에 적용하고, SMT 기반 RTL 논리 공격에 대한 강건성을 평가한다.

실험 결과, 20% 면적 오버헤드로 다형성 스위치 박스를 삽입한 경우 10시간 내에 공격에 성공하지 못했다.

Stats

다형성 스위치 박스를 사용하면 CMOS 기반 스위치 박스에 비해 키 비트 조합이 2배 증가한다.
보안 가중치가 2 이상인 노드를 동일한 기능 장치에 할당하면 잘못된 키 식별 시 다중 출력 레지스터가 손상된다.
병렬 및 교차 연결 유형의 다형성 스위치 박스를 전략적으로 삽입하면 공격자의 혼란을 가중시킬 수 있다.

Quotes

"다형성 트랜지스터는 제어 게이트와 극성 게이트의 전압 값에 따라 PMOS 또는 NMOS로 동작할 수 있다."
"보안 가중치가 2 이상인 노드를 동일한 기능 장치에 할당하면 잘못된 키 식별 시 다중 출력 레지스터가 손상된다."
"병렬 및 교차 연결 유형의 다형성 스위치 박스를 전략적으로 삽입하면 공격자의 혼란을 가중시킬 수 있다."

Key Insights Distilled From

RTL Interconnect Obfuscation By Polymorphic Switch Boxes For Secure Hardware Generation

by Haimanti Cha... at arxiv.org 04-12-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.07426.pdf

Deeper Inquiries

다형성 스위치 박스 기반 난독화 기법을 다른 하드웨어 보안 기법과 결합하면 어떤 시너지 효과를 얻을 수 있을까?

본 논문에서 소개된 다형성 스위치 박스를 활용한 난독화 기법은 하드웨어 보안을 강화하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 기법은 다른 하드웨어 보안 기법과 결합될 경우 시너지 효과를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 다형성 스위치 박스를 Logic Obfuscation이나 Split Manufacturing과 결합하면 IC 디자인의 안전성을 더욱 강화할 수 있습니다. Logic Obfuscation은 IC의 기능을 숨기는 데 사용되고, Split Manufacturing은 IC를 두 부분으로 분리하여 보안을 강화하는 데 활용됩니다. 따라서, 다형성 스위치 박스를 이러한 기법과 결합하면 IC의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있을 것입니다.

다형성 트랜지스터 기술의 발전 방향과 이를 활용한 새로운 하드웨어 보안 기법은 무엇이 있을까?

다형성 트랜지스터 기술은 하드웨어 보안 분야에서 혁신적인 발전을 이루고 있습니다. 이 기술의 발전 방향 중 하나는 더욱 복잡한 다형성을 지원하는 트랜지스터의 개발입니다. 이를 통해 더 많은 보안 키 비트 조합을 제공하여 공격자가 올바른 키를 식별하고 해제하는 데 필요한 노력을 증가시킬 수 있습니다. 또한, 다형성 트랜지스터를 활용한 새로운 하드웨어 보안 기법으로는 다양한 난독화 및 암호화 기법이 개발되고 있습니다. 이러한 기법은 IC 디자인의 안전성을 보호하고 불법 생산 및 무단 사용으로부터 보호하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

본 논문의 방법론을 소프트웨어 수준의 난독화 기법에 적용할 수 있을까?

본 논문에서 제시된 방법론은 하드웨어 수준의 난독화 기법에 대한 연구이지만, 일부 측면에서 소프트웨어 수준의 난독화 기법에도 적용할 수 있을 것으로 보입니다. 다형성 스위치 박스를 활용한 난독화 기법은 기능성을 숨기고 IC 디자인을 보호하는 데 사용되는데, 이러한 개념은 소프트웨어에도 적용될 수 있습니다. 소프트웨어 수준에서도 다형성 개념을 활용하여 코드를 난독화하고 보안을 강화하는 방법이 있을 수 있습니다. 따라서, 본 논문의 방법론을 소프트웨어 수준의 난독화 기법에 적용하여 보안성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.