Elektronik kalkan için parazitik parametrelerin çıkarımı

Abstract

Bu çalışmada, tümdevreleri istilacı (invasive) saldırılara karşı koruma amaçlı kullanılan kalkana ilişkin metal hatların parazitik parametrelerinin çıkarımı çalışılmıştır. VLSI (çok büyük ölçekli tümdevre) devrelerinde, özellikle yüksek frekanslı sayısal devrelerde, devreler arasında bağlantıyı sağlayan metal hatlara ilişkin parazitik etkilerin, devrelerin çalışma performansı üzerinde etkisi mevcuttur. Devrenin doğruluğunun ve performansının sağlanması için olası bütün parazitik etkilerin modellenmesi ve tasarım aşamasında kullanılması önem arz etmektedir. Bu çalışmada da tümdevreyi istilacı saldırılara karşı korumak amacıyla tasarımı yapılacak kalkanın metal hatlarına ilişkin parazitik etkiler göz önüne alınarak kalkan tasarımcısına yardımcı olacak bir yazılım geliştirilmesi hedeflenmektedir. Gelişen teknolojiyle birlikte finans, sağlık, askeri ve bu gibi güvenlik açısından kritik öneme sahip sistemlerin de dijitalleşmesi artmaktadır. Yaygın kullanım alanlarına sahip ve insanlar için kritik öneme sahip dijital sistemlerin kötü niyetli kullanıcılardan korunması önemlidir. Saldırganlar, kişisel gizli verilere ulaşmak için saldırı yöntemleri geliştirmişlerdir. Yapılan saldırılar geniş bir çeşitliliğe sahiptir. Çiplere yapılan saldırılar istilacı saldırı (invasive attack) ve istilacı olmayan saldırı (non-invasive attack) olarak ikiye ayrılmaktadır. İstilacı saldırı çeşidinde, saldırganlar çip paketine doğrudan erişmektedir. Saldırganlar çipin paketini açarak yongaya (die) erişebilmekte ve yonga üzerindeki tümdevreden ölçüm alabilmektedir. Yonganın çip paketinden çıkartılması kimyasal işlemlerin yapılmasını gerektirmektedir. Kimyasal bir süreçten geçirilen çipin üst katmanı açılır ve kritik öneme sahip bilgileri saklayan devre yapısına ulaşılabilir. Yerleşim düzeninin yeniden çıkarılmasında amaç devre yerleşim düzenini yeniden elde etmektir. Saldırganlar CCD kameralı bir optik mikroskop yardımı ile yonganın her katmanının yüksek çözünürlüklü görüntüsünü elde etmektedir. Programlar aracılığıyla gözlenebilen katmanları da kaldırılabilmektedir. Saldırgan devredeki ROM, RAM, EEPROM, ALU ve komut kod çözücüsünden geçen metal hatları inceleyebilir. Mikro-problama (micro-probing) tekniği istilacı saldırılar için önemli bir yöntemdir. Mikro-problama tekniğinde çipin paketi çıkarılmaktadır. Bu saldırı türünü gerçekleştirmek için özel laboratuvarlarda uzun bir süreye ihtiyaç vardır. Yonga üzerinde şifreleme işleminin yapıldığı bölge açılarak ya da problama (probing) yapılarak şifreleme işlemine ilişkin anahtarlar bellek elemanları üzerinden okunabilir ya da şifreleme işlemine ilişkin devre çalışırken ölçüm alınarak saldırı gerçekleşebilmektedir. Odaklanmış iyon ışını (FIB) tekniğinde yonga üzerindeki bağlantılar değiştirilebilir ve yonga üzerindeki tüm devre araştırılabilir. FIB cihazı ile yonganın metal katmanındaki yollar kesilebilir ve yeni yollar veya izolasyon katmanları oluşturulabilir, silikon alanının katkısını değiştirmek için iyonlar yerleştirebilir, çipin en alt katmanındaki iletken yapılara yeni geçişler oluşturabilir. İstilacı olmayan saldırı çeşidinde saldırıya uğrayan çip fiziksel olarak bir zarar görmemektedir. Saldırıda kullanılan düzenek normal kart okuyucusu gibi görünebilmektedir. İstilacı olmayan saldırı türü bazı uygulamalarda iki nedenden dolayı tehlikeli olabilmektedir. Birincisi, güvenliği ihlal edilmiş kartın sahibi, gizli anahtarın çalındığını fark etmeyebilir.