Φυσικές μη κλωνοποιήσιμες συναρτήσεις για τον επακριβή προσδιορισμό συσκευών ασφαλείας

Abstract

Τα PUFs (Physical Unclonable Functions), (στα ελληνικά:φυσικές μη κλωνοποιημένες συναρτήσεις), είναι ένας νέος και αναπτυσσόμενος κλάδος, όπου υλοποιείται στο υλικό των υπολογιστών, και έχει ως στόχο την αύξηση της σθεναρότητας σε συσκευές ασφαλείας. Επίσης, είναι καλό να επισημάνουμε, πως η ανάπτυξη των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μας έχει δώσει την δυνατότητα να τα υλοποιούμε σε FPGA (Field Programmable Gate Arrays),CPLD(Complex Programmable Logic Devices) και σε ASIC(Application Specific Integrated Circuits), τα οποία είναι προγραμματιζόμενα ψηφιακά κυκλώματα, όπου αποτελούνται από πίνακες λογικών στοιχείων, τα οποία και αυτά με την σειρά τους συνδέονται μεταξύ τους με έναν προκαθορισμένο τρόπο. Έτσι θα μπορούσαμε να πούμε πως δημιουργούνται πολλοί ψηφιακοί σχεδιασμοί, οι οποίοι στοχεύουν σε οποιαδήποτε μέρη του hardware(υλικού). Στην συγκεκριμένη εργασία θα αναλύσσουμε την χρησιμότητα των PUF's, το πως λειτουργεί καθένα από αυτά, πως λειτουργούν και που, και θα γίνει και μια σύγκριση των δύο για να έχουμε μια ορθή εικόνα των αποτελεσμάτων τους. Ύστερα γίνεται και μια ανάλυση αυτών σε κώδικα, για να αναλυθεί και η πολυπλοκότητα τους. Έχει χρησιμοποιηθεί η γλώσσα VHDL(Very High Speed Integrated Circuits = ολοκληρωμένα κυκλώματα πολύ υψηλής ταχύτητας), η οποία είναι μια γλώσσα περιγραφής υλικού και με απλά λόγια περιγράφει την συμπεριφορά ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος ή συστήματος, με βάση την οποία το σύστημα ή το κύκλωμα μπορεί να υλοποιηθεί. Σκοπός της παρούσας πτυχιακής είναι η αναλυτική παρουσίαση της μεθόδου των φυσικών μη κλωνοποιημένων συναρτήσεων και του κλάδου τους. Οι φυσικές μη κλωνοποιημένες συναρτήσεις έρχονται να εξασφαλήσουν την ασφάλεια ορισμένων συσκευών, που συνεπάγεται με την ασφάλεια προσωπικών και απόρρητων δεδομένων. Πρόκειται για μια επιστήμη που βασίζεται στα μαθηματικά, σε αλγόριθμους κρυπτογράφησης και κωδικοποίηση και αποκωδικοποίηση των δεδομένων. Στόχος είναι η εξήγηση, ανάπτυξη και ανάλυση δύο ήδη υπάρχων κρυπτογραφικών συστημάτων με βάση τις φυσικές μη κλωνοποιημένες συναρτήσεις, οι οποίες ζητούνται να ανταποκριθούν στις προσδοκίες ενός σωστά δομημένου και ασφαλούς σχεδιασμού. Eπίσης, σημαντικό γνώρισμα ειναι η ασφάλεια που θέλουμε να παρέχεται μέσω των PUFs είναι πως ότι, σε κάθε γύρο χρησιμοποιείται ένα διαφορετικό κλειδί το οποίο παράγεται εκείνη τη στιγμή και δεν είναι αποθηκευμένο σε ένα σημείο, στο οποίο θα μπορούσε κάποιος να επέμβει, και έτσι κάνει το σύστημά μας εξαιρετικά δυνατό και ανθεκτικό απέναντι σε επιθέσεις όπως είναι η διαφορική κρυπτανάλυση. Αυτό είναι και το κλειδί που κάνει τις συγκεκριμένες συναρτήσεις να ξεχωρίζουν.