Criptoanálisis mediante machine learning de funciones no clonables físicamente (PUFs)

Dada la gran cantidad de productos que, de manera progresiva, están a nuestro alcance, tenemos la perentoria necesidad de autenticarlos; pero dependiendo del procedimiento de autenticación del que dotemos al producto, puede resultar un proceso costoso. Análogamente, cada vez existe una mayor cantidad de datos sensibles para terceros y se incrementan las alternativas de ataque. Cada vez con más frecuencia, se producen más ataques a toda clase de datos; y, a pesar de que las aplicaciones de ciberseguridad van mejorando y adaptándose de forma constante, los atacantes siguen encontrando formas de romper esas barreras de seguridad.Una posible solución que puede ayudar a reducir o resolver los problemas de autenticación y seguridad son las llamadas funciones no clonables físicamente (PUF). Estas funciones utilizan las variaciones intrínsecas producidas durante el proceso de fabricación para generar unos identificadores únicos similares a huellas dactilares de dispositivos físicos. Entonces podremos identificar y autentificar chips y generar claves para fines criptográficos. Es decir, los productos podrán ser identificados por sus propiedades características individuales y por tanto autentificarse. Desafortunadamente, las PUFs pueden ser sensibles a ciertos tipos de ataque de modelado.El objetivo de este trabajo será realizar un estudio sobre distintos ataques a las funciones no clonables físicamente o PUFs. Particularmente, se hará énfasis en los ataques de modelado basados en machine learning porque han resultado ser muy precisos frente a algunos tipos de PUFs. Específicamente, el estudio se centrará en las PUFs de árbitro, y en función de la seguridad que muestren frente a estos ataques se buscarán distintas soluciones que mejoren su robustez mediante técnicas de criptografía.<br /

Funciones no clonables físicamente para IoT basadas en acelerómetros MEMS comerciales

Se realiza en este trabajo un estudio sobre la posibilidad de desarrollar PUF adecuadas para el IoT. Las PUFs que se propondrán se basarán en la respuesta física de un sensor tipo MEMS, en concreto se estudiarán acelerómetros. Una vez propuestas las PUFs se estudiará su tasa de error y la influencia de otros factores, como el voltaje de alimentación del acelerómetro.<br /

Funciones físicas no-clonables para ciberseguridad

En este trabajo se implementa una función física no-clonable (PUF) basada en osciladores de anillo. En primer lugar, se investigan diferentes métodos para obtener información sobre la frecuencia de los osciladores. A continuación, se examina la dependencia de la frecuencia de los osciladores con su posición en una FPGA. Se proponen cinco estrategias diferentes de selección de un pequeño conjunto de ubicaciones a partir de un gran conjunto de ubicaciones y se estudia la PUF construida en términos de unicidad, reproducibilidad e identificabilidad. Este análisis demuestra que la calidad de la PUF es altamente dependiente de la posición donde se implementan los osciladores. Finalmente, se analiza la modificación de los resultados en respuesta a cambios en el entorno de operación tales como variaciones de temperatura o del voltaje de alimentación de la placa.<br /

Generador hardware de claves basado en funciones físicamente no clonables

En este Trabajo Fin de Grado se ha llevado a cabo el estudio de las funciones físicamente no clonables (PUFs), profundizando en un caso concreto: las funciones físicamente no clonables basadas en osciladores de anillo de Galois, un tipo de oscilador de anillo diferente al oscilador de anillo simple.Se ha realizado tanto un análisis teórico como un estudio experimental de dichos sistemas.En la parte teórica se ha llevado a cabo un estudio de las PUFs, así como del mencionado oscilador de anillo de Galois. Además de esto, se ha estudiado también el flujo de diseño y la sintaxis necesaria para implementar físicamente las PUF en una matriz de puertas lógicas programable (FPGA), empleando lenguajes de descripción hardware tales como VHDL y verilog en el software Vivado.Por otro lado, la parte experimental ha consistido en la toma de medidas en el laboratorio con las PUF ya implementadas en la FPGA, y el posterior tratamiento de datos y análisis de los resultados obtenidos.<br /

Algoritmos para la conformación de pulsos en tiempo real de detectores de radiación

En este Trabajo Fin de Grado se ha realizado tanto un análisis teórico como un estudio experi-mental de sistemas digitales de procesado de señales.La parte teórica se ha centrado en las bases de dicho procesado y en sus desafíos. Se hanestudiado también las señales en cada una de sus fases. De cara al estudio experimental, seha entrado en un estudio de los conformadores analógicos de pulsos del tipo CR-RCm, y enuna implementación de la cancelación de polo cero en estos conformadores. Además de esto,se ha estudiado la metodología y el flujo de diseño necesario para implementar uno de estosconformadores en una matriz de puertas programables FPGA.La parte experimental ha consistido en la implementación en FPGA de conformadores digitalesde pulsos CR-RCm con cancelación de polo cero, basados en sus equivalentes analógicos. Tras laimplementación se han expuesto los resultados obtenidos, y sacado conclusiones de los mismos.<br /

Suitability of Generalized GAROs on FPGAs as PUFs or TRNGs considering spatial correlations

In the last years, guaranteeing the security in Internet of things communications has become an essential task. In this article, the bias of a wide set of oscillators has been studied to determine their suitability as both true random number generators (TRNGs) and physically unclonable functions (PUFs). For this purpose, a generic configurable structure has been proposed and implemented in an field programmable gate array (FPGA). With this implementation, by introducing some external signals it is possible to configure the system in different oscillator topologies. This way, we have managed to analyze 2730 oscillators composed by seven lookup tables (LUTs) without having to resynthesize the code each time. The performed analysis has included conventional ring oscillators, Galois ring oscillators, and newly proposed oscillator topologies. From this analysis, we have concluded that none of these oscillators behave as an ideal TRNG but ring oscillators present the closest to an ideal behavior. Regarding their suitability as PUFs, some of the newly proposed oscillators in this article present a high reproducibility, higher than that of conventional ring oscillator PUF (RO-PUF) and a high uniqueness. Furthermore, we have noticed that both their reproducibility and their uniqueness tend to improve when increasing the length of the oscillators, which opens the possibility of finding new oscillators with even better properties by studying oscillators of bigger lengths. Finally, by studying the spatial correlation of the bias of these oscillators, we have observed that they present a much lower spatial correlation compared to the ring oscillators, which opens the possibility of using these oscillators in PUF architectures that use more comparisons than typical RO-PUFs

Optimización de una PUF de oscilador en anillo en una FPGA

Las Funciones Físicamente No-Clonables (PUF) basadas en osciladores de anillo (RO-PUF) son una de las implementaciones de PUF en FPGA más utilizadas actualmente. Sin embargo, la arquitectura de la FPGA afecta a la aleatoriedad de la respuesta. En este trabajo, proponemos algunas formas de optimizar una RO-PUF implementada en FPGA

Técnica novedosa para obtener respuestas multi-bit en funciones físicamente no-clonables (PUF)

Physically Unclonable Functions (PUFs) have become one of the most important cryptographic primitives and in this paper a new technique, called second-order compensated measure, has been developed that achieves multi-bit responses thus improving PUF performance in terms of identifiability and entropy per area.Las funciones físicamente no-clonables (PUF) se han convertido en una de las primitivas criptográficas más importantes y en este artículo se ha desarrollado una nueva técnica, denominada medida compensada de segundo orden, que consigue obtener respuestas multi-bit mejorando así el rendimiento de la PUF en términos de identificabilidad y entropía por área

Extracción de entropía en PUFs de medida compensada

En este trabajo proponemos algunas técnicas novedosas para maximizar la entropía extraída de una matriz de osciladores de anillo, utilizada como función física no-clonable (PUF) en FPGA para la identificación segura de dispositivos y generación de claves con interés criptográfico. Todos los resultados han sido obtenidos mediante la evaluación experimental en una FPGA Zynq 7000

Implementación de arquitectura ROPUF en FPGA para identificación segura de dispositivos

En este trabajo se propone la implementación de una arquitectura de funciones físicas no clonables (PUF) de osciladores de anillo en FPGA, y se proporciona un ejemplo de uso en la identificación de dos FPGA Zynq 7000