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Main Title: Security of the IC backside
Translated Title: Sicherheit der IC Rückseite
Author(s): Nedospasov, Dmitry
Advisor(s): Seifert, Jean-Pierre
Referee(s): Seifert, Jean-Pierre
Verbauwhede, Ingrid
Mangard, Stefan
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Das Vertrauen eines vermeintlich sicheren Systems ist oftmals in Hardware verankert. Die wichtigste Komponente solcher Hardware basiert auf speziellen integrierten Schaltungen (Integrated Circuits, ICs). Sicherheits-ICs müssen jegliche Art von Angriffen standhalten, um eine Kompromittierung der Sicherheitsanwendung zu vermeiden. Aus diesem Grund wird bei Sicherheits-ICs ein wesentlicher Anteil der Designressourcen für eine Erhöhung des Sicherheitsniveaus verwendet. Dennoch gibt es Analysetechniken, die Angriffe auf ICs ermöglichen. Im Bereich der IC-Analyse haben invasive Analysetechnicken die höchste Erfolgsrate. Zu invasiven Angriffen zählen sowohl Techniken, die in der Lage sind temporäre Fehler zur Laufzeit zu erzeugen, als auch Techniken, die zugrundeliegende Schaltungen dauerhaft modifizieren können. Um darauf basierende Angriffe zu verhindern, implementieren moderne Sicherheits-ICs spezielle Angriffssensoren und Schutzschichten. Allerdings schützen solche Schutzmaßnahmen lediglich die aktive, das heißt die Forderseite des ICs. Diese Arbeit untersucht wie anfällig moderne ICs gegen Analysetechniken sind die durch das Silizium durch die Rückseite hindurchgehen. Solche Techniken umgehen bekannte Gegemaßnahmen dadurch, dass sie die Rückseite des ICs angreifen. Diese Arbeit stellt neue semi- sowie voll-invasive Analysetechniken vor. Die Vor- und Nachteile der verschiedenen Techniken werden erörtert. Des Weiteren diskutiert diese Arbeit weitere Gegenmaßnahmen, die zukünftig von IC-Herstellern berücksichtigt werden können, um ICs sicherer zu gestalten.
Secure systems are generally built around secure hardware. The key component of many secure implementations are security Integrated Circuits (ICs) at the core of the root of trust. For this reason, security ICs must withstand all potential classes of attacks to prevent the overall system from being compromised. As a result, security ICs dedicate a substantial amount of design resources for implementing additional layers of security. Although security ICs raise the security threshold by making analysis more difficult to the attacker, they are not provably secure. In the field of IC analysis, invasive analysis techniques have the highest rates of success. These attacks range from temporary faults at runtime to permanent modifications of the underlying circuit. To thwart such attacks, modern security ICs implement countermeasures including attack sensors and integrity meshes. However, these countermeasures currently only prevent attacks targeting the active side of the device, i.e., the IC frontside. This work investigates the susceptibility of modern ICs to through-silicon analysis. The analysis techniques introduced in this work circumvent most known countermeasures on modern security ICs by targeting the IC backside. This work introduces several semi- and fully-invasive analysis techniques. The advantages and disadvantages of each are also explained in detail. Moreover, this work proposes several mitigation techniques that can be implemented by vendors to secure their devices in the future.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-65222
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4714
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4417
Exam Date: 22-Oct-2014
Issue Date: 16-Apr-2015
Date Available: 16-Apr-2015
DDC Class: 629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften
Subject(s): Integrierte Schaltungen
Sicherheit
voll-invasiv
semi-invasiv
Rückseite
Kryptographie
Integrated circuits
security
fully-invasive
semi-invasive
backside
cryptography
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
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