Authentification de puces électroniques par des approches RF et THz non intrusives.

par Mosabbah mushir Ahmed

Projet de thèse en Optique et radiofrequences

Sous la direction de Étienne Perret et de David Hely.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) , en partenariat avec Laboratoire de conception et d'intégration des systèmes (laboratoire) depuis le 01-11-2015 .


  • Résumé

    La contrefaçon de composants électroniques revêt aujourd'hui une importance majeure dans bon nombre de secteurs économiques et industriels. Plusieurs menaces ont ainsi été recensées (clonage, recyclage…). La problématique de la contrefaçon et du recyclage des circuits intégrés est ainsi un fléau pour les concepteurs de circuits intégrés mais également pour les fabricants de systèmes qui utilisent ces circuits. Ainsi, afin de se prémunir contre ces menaces, différents mécanismes sont nécessaires pour instaurer une chaine de confiance du concepteur au distributeur. Cette chaîne de confiance doit permettre l'authentification d'un circuit tout au long de son cycle de vie. Ces mécanismes doivent ainsi permettre : 1) de détecter toute contrefaçon, 2) de détecter un circuit recyclé, 3) de détecter une surproduction. L'authentification individuelle de chaque circuit peut ainsi permettre d'assurer la traçabilité de celui-ci lors de son cycle de vie, de détecter tout recyclage et contrefaçon (si le circuit analysé ne correspond à aucun élément d'une base de donnée initiale). Afin d'assurer la traçabilité de chacun des circuits, il faut pouvoir lui attribuer un élément unique et infalsifiable lors de la fabrication. Des méthodes ont été proposées afin de rajouter des éléments de traçabilité sur le packaging des puces. Toutefois, des fraudeurs bien organisés ont pu rapidement contourner ce type de contre-mesure. D'autres contre-mesures plus prometteuses appelées Physical Unclonable Function (PUF) sont en cours de développement. Il s'agit d'implémenter dans les circuits intégrés des fonctions non clonables et non prédictibles. Ces fonctions matérielles dépendent des paramètres intrinsèques de chacune des puces, ainsi la même fonction aura un comportement différent sur toutes les puces l'implémentant. Toutefois, bien qu'efficace, ces fonctions sont difficiles à implémenter et imposent de nombreuses contraintes sur le cycle de développement et d'industrialisation des puces. Aussi, elles nécessitent d'augmenter la taille de la puce à l'encontre des contraintes économiques. Ces approches ne sont pas adoptées par les acteurs économiques car elles restent trop coûteuses à mettre en place ou bien ne permettent pas une détection systématique. L'objectif principal de la thèse est de montrer qu'il est possible d'authentifier des puces électroniques à partir d'une méthode non intrusive, basée sur l'utilisation d'ondes électromagnétiques (EM). Le principe qui sera mis en œuvre repose sur l'acquisition et l'exploitation de la signature EM de la puce en cours de fonctionnement : la puce est activée, en parallèle elle est soumise à une onde RF (LCIS) et ou THz (IMEP-LAHC). L'acquisition de l'onde réfléchie par la puce va permettre de lui associer une signature EM qui constituera son identifiant unique et donc permettra son authentification. Le doctorant retenu, évaluera deux approches d'authentification non intrusive de circuits intégrés (approche radar et approche filaire RF). Dans chaque cas, l'objectif est de récupérer une signature de la puce renfermant le plus d'informations possible, utilisables pour l'authentification. Il évaluera les performances des méthodes au regard de l'objectif visé, à savoir, discriminer des puces électroniques au sein d'une même famille. Dans un premier temps, Les tests seront effectués sur des composants reconfigurables de type FPGA. L'objectif sera de différencier deux FPGA configurés différemment puis de manières identiques. Le doctorant participera à la préparation des mesures (choix des composants, configuration optimale des FPGA, mise en œuvre de banc de mesures). Il effectuera ensuite les différentes campagnes de mesures permettant de caractériser chacune des approches. Finalement, ces premiers travaux permettront de retenir cette approche, celle-ci sera donc approfondie afin d'évaluer et optimiser les informations permettant d'authentifier un composant.

  • Titre traduit

    Integrated Circuit Authentication based on electromagnetic signature.


  • Résumé

    Semiconductor industry and embedded system designers are facing new threats related to counterfeiting requiring new techniques in order to authenticate integrated Circuits. Authentication is required to protect from over production by third party fab, integrated circuit cloning, and grey market. It is then important that any stakeholder can authenticate an integrated circuit from the production to the mission mode. Countermeasures such as physical unclonable functions (PUF) are being developed to offer single authentication per Integrated Circuit. PUFs are physical functions which are easy to evaluate but hard to predict. It is possible to copy a PUF nevertheless it is hard or even almost impossible to get the same behavior for a given PUF cloned on different hardware. Common PUFs as arbiter based PUF or ring oscillator PUF use delay variations and are thus based on path propagation time comparisons or rings oscillator frequency comparisons. Since delays are not homogenous in an IC and not the same between two identical IC, comparisons results will be different between 2 PUFs implemented in the same IC or in 2 different chips, helping in turn in authentication. In this work, we would like to study the possibility to authenticate an integrated circuit by evaluating its response to a given electromagnetic waveform. This principle will be applied in two frequency bandwidths: in the RF (1-10 GHz) and in the THz domain (100 GHz-2 THz). Based on the same principles as PUF, this response should be influenced by the process variation of the semiconductor process fabrication. Unlike PUF, such a mechanism should not require dedicated circuitry being difficult to produce, characterize and industrialize. The PhD student will take part to the following tasks in collaboration with the project partners: • State of the art study of IC counterfeiting and IC cloning (on both risk and mitigation techniques) • Measurement set-up: Component choices, board measurement development • Circuit configuration to maximize the measurement sensitivity • Measurement campaigns using different approaches (RF, TH) • Measurement Exploitation in order to extract authentication information from the measurement. At the end of the project, the student should be able to define and characterize an IC authentication method based on EM signature to increase trust in the IC distribution. This work will be performed within a collaborative project with both LCIS and IMEP LAHC labs.