1,121 research outputs found

    Persistent monitoring of digital ICs to verify hardware trust

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    The specialization of the semiconductor industry has resulted in a global Integrated Circuit (IC) supply chain that is susceptible to hardware Trojans - malicious circuitry that is embedded into the chip during the design cycle. This nefarious attack could compromise the missioncritical systems which implement these devices. While a trusted domestic IC supply chain exists with resources such as the Trusted Foundry Program, it\u27s highly desirable to utilize the high yield, fast turn-around time, low cost, and leading-edge technology of the global IC supply chain. Research into the verification of hardware trust has made significant progress in recent years but is still far from a single, comprehensive solution. Most proposed solutions are one-time implementable methods that attempt to detect hardware Trojans during the verification stage of the IC development process. While this is a desirable solution, it\u27s not realistic given the current limitations of hardware Trojan detection techniques. We propose a more comprehensive solution that involves the persistent verification of hardware trust in the field, in addition to several one-time methods implemented during IC verification. We define a persistent verification framework that involves the use of a few ICs from a secure process flow to persistently monitor and verify the operation of several untrusted ICs from the global supply chain. This allows the system integrator to realize the benefits of the global IC supply chain while maintaining the integrity of the system. We develop a system monitor which filters the IO of untrusted digital ICs for a set of patterns, which we refer to as digital signal signatures, to verify the operation of the devices

    Internet of Things and Sensors Networks in 5G Wireless Communications

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    This book is a printed edition of the Special Issue Internet of Things and Sensors Networks in 5G Wireless Communications that was published in Sensors

    Runtime Monitoring for Dependable Hardware Design

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    Mit dem Voranschreiten der Technologieskalierung und der Globalisierung der Produktion von integrierten Schaltkreisen eröffnen sich eine Fülle von Schwachstellen bezüglich der Verlässlichkeit von Computerhardware. Jeder Mikrochip wird aufgrund von Produktionsschwankungen mit einem einzigartigen Charakter geboren, welcher sich durch seine Arbeitsbedingungen, Belastung und Umgebung in individueller Weise entwickelt. Daher sind deterministische Modelle, welche zur Entwurfszeit die Verlässlichkeit prognostizieren, nicht mehr ausreichend um Integrierte Schaltkreise mit Nanometertechnologie sinnvoll abbilden zu können. Der Bedarf einer Laufzeitanalyse des Zustandes steigt und mit ihm die notwendigen Maßnahmen zum Erhalt der Zuverlässigkeit. Transistoren sind anfällig für auslastungsbedingte Alterung, die die Laufzeit der Schaltung erhöht und mit ihr die Möglichkeit einer Fehlberechnung. Hinzu kommen spezielle Abläufe die das schnelle Altern des Chips befördern und somit seine zuverlässige Lebenszeit reduzieren. Zusätzlich können strahlungsbedingte Laufzeitfehler (Soft-Errors) des Chips abnormales Verhalten kritischer Systeme verursachen. Sowohl das Ausbreiten als auch das Maskieren dieser Fehler wiederum sind abhängig von der Arbeitslast des Systems. Fabrizierten Chips können ebenfalls vorsätzlich während der Produktion boshafte Schaltungen, sogenannte Hardwaretrojaner, hinzugefügt werden. Dies kompromittiert die Sicherheit des Chips. Da diese Art der Manipulation vor ihrer Aktivierung kaum zu erfassen ist, ist der Nachweis von Trojanern auf einem Chip direkt nach der Produktion extrem schwierig. Die Komplexität dieser Verlässlichkeitsprobleme machen ein einfaches Modellieren der Zuverlässigkeit und Gegenmaßnahmen ineffizient. Sie entsteht aufgrund verschiedener Quellen, eingeschlossen der Entwicklungsparameter (Technologie, Gerät, Schaltung und Architektur), der Herstellungsparameter, der Laufzeitauslastung und der Arbeitsumgebung. Dies motiviert das Erforschen von maschinellem Lernen und Laufzeitmethoden, welche potentiell mit dieser Komplexität arbeiten können. In dieser Arbeit stellen wir Lösungen vor, die in der Lage sind, eine verlässliche Ausführung von Computerhardware mit unterschiedlichem Laufzeitverhalten und Arbeitsbedingungen zu gewährleisten. Wir entwickelten Techniken des maschinellen Lernens um verschiedene Zuverlässigkeitseffekte zu modellieren, zu überwachen und auszugleichen. Verschiedene Lernmethoden werden genutzt, um günstige Überwachungspunkte zur Kontrolle der Arbeitsbelastung zu finden. Diese werden zusammen mit Zuverlässigkeitsmetriken, aufbauend auf Ausfallsicherheit und generellen Sicherheitsattributen, zum Erstellen von Vorhersagemodellen genutzt. Des Weiteren präsentieren wir eine kosten-optimierte Hardwaremonitorschaltung, welche die Überwachungspunkte zur Laufzeit auswertet. Im Gegensatz zum aktuellen Stand der Technik, welcher mikroarchitektonische Überwachungspunkte ausnutzt, evaluieren wir das Potential von Arbeitsbelastungscharakteristiken auf der Logikebene der zugrundeliegenden Hardware. Wir identifizieren verbesserte Features auf Logikebene um feingranulare Laufzeitüberwachung zu ermöglichen. Diese Logikanalyse wiederum hat verschiedene Stellschrauben um auf höhere Genauigkeit und niedrigeren Overhead zu optimieren. Wir untersuchten die Philosophie, Überwachungspunkte auf Logikebene mit Hilfe von Lernmethoden zu identifizieren und günstigen Monitore zu implementieren um eine adaptive Vorbeugung gegen statisches Altern, dynamisches Altern und strahlungsinduzierte Soft-Errors zu schaffen und zusätzlich die Aktivierung von Hardwaretrojanern zu erkennen. Diesbezüglich haben wir ein Vorhersagemodell entworfen, welches den Arbeitslasteinfluss auf alterungsbedingte Verschlechterungen des Chips mitverfolgt und dazu genutzt werden kann, dynamisch zur Laufzeit vorbeugende Techniken, wie Task-Mitigation, Spannungs- und Frequenzskalierung zu benutzen. Dieses Vorhersagemodell wurde in Software implementiert, welche verschiedene Arbeitslasten aufgrund ihrer Alterungswirkung einordnet. Um die Widerstandsfähigkeit gegenüber beschleunigter Alterung sicherzustellen, stellen wir eine Überwachungshardware vor, welche einen Teil der kritischen Flip-Flops beaufsichtigt, nach beschleunigter Alterung Ausschau hält und davor warnt, wenn ein zeitkritischer Pfad unter starker Alterungsbelastung steht. Wir geben die Implementierung einer Technik zum Reduzieren der durch das Ausführen spezifischer Subroutinen auftretenden Belastung von zeitkritischen Pfaden. Zusätzlich schlagen wir eine Technik zur Abschätzung von online Soft-Error-Schwachstellen von Speicherarrays und Logikkernen vor, welche auf der Überwachung einer kleinen Gruppe Flip-Flops des Entwurfs basiert. Des Weiteren haben wir eine Methode basierend auf Anomalieerkennung entwickelt, um Arbeitslastsignaturen von Hardwaretrojanern während deren Aktivierung zur Laufzeit zu erkennen und somit eine letzte Verteidigungslinie zu bilden. Basierend auf diesen Experimenten demonstriert diese Arbeit das Potential von fortgeschrittener Feature-Extraktion auf Logikebene und lernbasierter Vorhersage basierend auf Laufzeitdaten zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Harwareentwürfen

    Internet of Things and Sensors Networks in 5G Wireless Communications

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    The Internet of Things (IoT) has attracted much attention from society, industry and academia as a promising technology that can enhance day to day activities, and the creation of new business models, products and services, and serve as a broad source of research topics and ideas. A future digital society is envisioned, composed of numerous wireless connected sensors and devices. Driven by huge demand, the massive IoT (mIoT) or massive machine type communication (mMTC) has been identified as one of the three main communication scenarios for 5G. In addition to connectivity, computing and storage and data management are also long-standing issues for low-cost devices and sensors. The book is a collection of outstanding technical research and industrial papers covering new research results, with a wide range of features within the 5G-and-beyond framework. It provides a range of discussions of the major research challenges and achievements within this topic

    Internet of Things and Sensors Networks in 5G Wireless Communications

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    This book is a printed edition of the Special Issue Internet of Things and Sensors Networks in 5G Wireless Communications that was published in Sensors

    Ein mehrschichtiges sicheres Framework für Fahrzeugsysteme

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    In recent years, significant developments were introduced within the vehicular domain, evolving the vehicles to become a network of many embedded systems distributed throughout the car, known as Electronic Control Units (ECUs). Each one of these ECUs runs a number of software components that collaborate with each other to perform various vehicle functions. Modern vehicles are also equipped with wireless communication technologies, such as WiFi, Bluetooth, and so on, giving them the capability to interact with other vehicles and roadside infrastructure. While these improvements have increased the safety of the automotive system, they have vastly expanded the attack surface of the vehicle and opened the door for new potential security risks. The situation is made worse by a lack of security mechanisms in the vehicular system which allows the escalation of a compromise in one of the non-critical sub-systems to threaten the safety of the entire vehicle and its passengers. This dissertation focuses on providing a comprehensive framework that ensures the security of the vehicular system during its whole life-cycle. This framework aims to prevent the cyber-attacks against different components by ensuring secure communications among them. Furthermore, it aims to detect attacks which were not prevented successfully, and finally, to respond to these attacks properly to ensure a high degree of safety and stability of the system.In den letzten Jahren wurden bedeutende Entwicklungen im Bereich der Fahrzeuge vorgestellt, die die Fahrzeuge zu einem Netzwerk mit vielen im gesamten Fahrzeug verteile integrierte Systeme weiterentwickelten, den sogenannten Steuergeräten (ECU, englisch = Electronic Control Units). Jedes dieser Steuergeräte betreibt eine Reihe von Softwarekomponenten, die bei der Ausführung verschiedener Fahrzeugfunktionen zusammenarbeiten. Moderne Fahrzeuge sind auch mit drahtlosen Kommunikationstechnologien wie WiFi, Bluetooth usw. ausgestattet, die ihnen die Möglichkeit geben, mit anderen Fahrzeugen und der straßenseitigen Infrastruktur zu interagieren. Während diese Verbesserungen die Sicherheit des Fahrzeugsystems erhöht haben, haben sie die Angriffsfläche des Fahrzeugs erheblich vergrößert und die Tür für neue potenzielle Sicherheitsrisiken geöffnet. Die Situation wird durch einen Mangel an Sicherheitsmechanismen im Fahrzeugsystem verschärft, die es ermöglichen, dass ein Kompromiss in einem der unkritischen Subsysteme die Sicherheit des gesamten Fahrzeugs und seiner Insassen gefährdet kann. Diese Dissertation konzentriert sich auf die Entwicklung eines umfassenden Rahmens, der die Sicherheit des Fahrzeugsystems während seines gesamten Lebenszyklus gewährleistet. Dieser Rahmen zielt darauf ab, die Cyber-Angriffe gegen verschiedene Komponenten zu verhindern, indem eine sichere Kommunikation zwischen ihnen gewährleistet wird. Darüber hinaus zielt es darauf ab, Angriffe zu erkennen, die nicht erfolgreich verhindert wurden, und schließlich auf diese Angriffe angemessen zu reagieren, um ein hohes Maß an Sicherheit und Stabilität des Systems zu gewährleisten

    Markov Decision Processes with Applications in Wireless Sensor Networks: A Survey

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    Wireless sensor networks (WSNs) consist of autonomous and resource-limited devices. The devices cooperate to monitor one or more physical phenomena within an area of interest. WSNs operate as stochastic systems because of randomness in the monitored environments. For long service time and low maintenance cost, WSNs require adaptive and robust methods to address data exchange, topology formulation, resource and power optimization, sensing coverage and object detection, and security challenges. In these problems, sensor nodes are to make optimized decisions from a set of accessible strategies to achieve design goals. This survey reviews numerous applications of the Markov decision process (MDP) framework, a powerful decision-making tool to develop adaptive algorithms and protocols for WSNs. Furthermore, various solution methods are discussed and compared to serve as a guide for using MDPs in WSNs

    Techniques for Improving Security and Trustworthiness of Integrated Circuits

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    The integrated circuit (IC) development process is becoming increasingly vulnerable to malicious activities because untrusted parties could be involved in this IC development flow. There are four typical problems that impact the security and trustworthiness of ICs used in military, financial, transportation, or other critical systems: (i) Malicious inclusions and alterations, known as hardware Trojans, can be inserted into a design by modifying the design during GDSII development and fabrication. Hardware Trojans in ICs may cause malfunctions, lower the reliability of ICs, leak confidential information to adversaries or even destroy the system under specifically designed conditions. (ii) The number of circuit-related counterfeiting incidents reported by component manufacturers has increased significantly over the past few years with recycled ICs contributing the largest percentage of the total reported counterfeiting incidents. Since these recycled ICs have been used in the field before, the performance and reliability of such ICs has been degraded by aging effects and harsh recycling process. (iii) Reverse engineering (RE) is process of extracting a circuit’s gate-level netlist, and/or inferring its functionality. The RE causes threats to the design because attackers can steal and pirate a design (IP piracy), identify the device technology, or facilitate other hardware attacks. (iv) Traditional tools for uniquely identifying devices are vulnerable to non-invasive or invasive physical attacks. Securing the ID/key is of utmost importance since leakage of even a single device ID/key could be exploited by an adversary to hack other devices or produce pirated devices. In this work, we have developed a series of design and test methodologies to deal with these four challenging issues and thus enhance the security, trustworthiness and reliability of ICs. The techniques proposed in this thesis include: a path delay fingerprinting technique for detection of hardware Trojans, recycled ICs, and other types counterfeit ICs including remarked, overproduced, and cloned ICs with their unique identifiers; a Built-In Self-Authentication (BISA) technique to prevent hardware Trojan insertions by untrusted fabrication facilities; an efficient and secure split manufacturing via Obfuscated Built-In Self-Authentication (OBISA) technique to prevent reverse engineering by untrusted fabrication facilities; and a novel bit selection approach for obtaining the most reliable bits for SRAM-based physical unclonable function (PUF) across environmental conditions and silicon aging effects
    corecore