Architectural channel attacks in NoC-based MPSoCs and its countermeasures

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Reinbrecht, Cezar Rodolfo Wedig
• Orientador(a): Susin, Altamiro Amadeu
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Tolerancia : Falhas
• Palavras-chave em Inglês: MPSoC; NoC timing attack; Side-channel attack; Network-on-chip; Hardware security
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/238166

Sistemas em Chip Multi-Processados (do inglês, MPSoCs) tornaram-se a plataforma de hardware estabelecida para uma ampla variedade de aplicações e dispositivos. Cada vez mais dispositivos e sistemas serão interligados pela Internet. A conexão com a Internet já traz várias preocupações de segurança, porque todas as informações confidenciais armazenadas nesses dispositivos podem ser acessadas por agentes externos, e esse prognóstico só aumentará as questões relacionadas à segurança. Um dos ataques mais perigosos é o Ataque de Canal Lateral (do inglês, SCA). Este tipo de ataque explora características do sistema de destino (informação indireta) que revela alguns dados secretos ou valiosos. Esta ameaça pode ser implementada fisicamente através de instrumentação especializada acoplada diretamente ao dispositivo, ou lógica pelo comportamento arquitetural que é acessado remotamente através da rede. Esta tese define este SCA lógico em particular como uma subcategoria chamada Ataque de Canal Arquitetural (do inglês, ACA). Este projeto de pesquisa revisou a bibliografia para identificar, analisar e explorar as potenciais vulnerabilidades dos MPSoCs. As partes mais vulneráveis reconhecidas foram as Caches compartilhadas e a Rede-em-Chip (do inglês, NoC). Uma vez adquirido este conhecimento, esta tese desenvolveu quatro novos ataques para MPSoCs - Hourglass, Firecracker, Arrow, e Earthquake. Além disso, a proposição de que o hardware pode fornecer segurança sendo transparente para aplicações culminou em uma proposta de uma contramedida de hardware, o Gossip NoC. Os ataques propostos foram executados em um ambiente real de MPSoC em um FPGA, quebrando a criptografia AES. Estes experimentos práticos foram a primeira demonstração de um ACA realizado em um MPSoC baseado em NoC. A eficiência de diferentes contra-medidas foi avaliada sob estes ataques. Os resultados mostraram que i) a Cache compartilhada e a NoC são vulnerabilidades críticas em MPSoCs; ii) os ataques propostos otimizam os ACAs tradicionais de Cache encontrados na literatura; iii) o Earthquake torna viável a estratégia de colisão diferencial; iv) a NoC é uma candidata adequada para implementar mecanismos de segurança; v) a Gossip NoC evita apenas um tipo de ataque.