Pre-Fabrication to Post-Deployment: A Unified ML-Driven Pipeline for IC Logic Locking
यह शोध पत्र एक एकीकृत, चार-चरणीय मशीन लर्निंग-संचालित पाइपलाइन प्रस्तुत करता है जो इष्टतम लॉजिक लॉकिंग तकनीकों के चयन को स्वचालित करता है, रनटाइम अपडेट के लिए डायनेमिक पार्शियल रीकॉन्फ़िगरेशन के साथ एक हल्के और क्रिप्टोग्राफिक रूप से सुदृढ़ STREAMLOCK तंत्र को एकीकृत करता है, और संपूर्ण IC सुरक्षा जीवनचक्र में बेहतर हार्डवेयर दक्षता और सुरक्षा प्राप्त करता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
आधुनिक दुनिया में, स्मार्टफोन से लेकर चिकित्सा उपकरणों तक सब कुछ चलाने वाली चिप्स शायद ही कभी किसी एक कंपनी या एक ही स्थान पर बनाई जाती हैं। इसके बजाय, इन एकीकृत परिपथों (इंटीग्रेटेड सर्किट्स) का डिज़ाइन, सत्यापन और निर्माण दुनिया भर की विभिन्न टीमों और कारखानों के बीच विभाजित होता है। हालांकि इस वैश्विक सहयोग ने तकनीक को सस्ता और तेजी से बनाना संभव बनाया है, लेकिन इसने एक खतरनाक भेद्यता भी पैदा कर दी है। अविश्वसनीय कारखाने या तीसरे पक्ष के आपूर्तिकर्ता बौद्धिक संपदा (इंटेलेक्चुअल प्रॉपर्टी) चुरा सकते हैं, दुर्भावनापूर्ण हार्डवेयर डाल सकते हैं, या अनधिकृत प्रतियां बनाने के लिए डिजाइनों को रिवर्स-इंजीनियर कर सकते हैं। इसे रोकने के लिए, इंजीनियर 'लॉजिक लॉकिंग' नामक तकनीक का उपयोग करते हैं। एक सर्किट को एक जटिल मशीन के रूप में कल्पना करें; लॉजिक लॉकिंग एक गुप्त स्विचबोर्ड जोड़ती है जो मशीन को तब तक काम करने से रोकती है जब तक कि सही गुप्त कोड दर्ज न किया जाए। बिना इस कोड के, मशीन बरकरार दिखती है लेकिन गलत परिणाम (गारबेज रिजल्ट्स) देती है। हालांकि, वर्षों से, इस सुरक्षा प्रणाली में तीन प्रमुख खामियां रही हैं। पहला, किसी विशिष्ट चिप के लिए सही प्रकार का लॉक चुनना एक मैनुअल, अनुमान-आधारित प्रक्रिया रही है। दूसरा, एक बार चिप बनने के बाद, लॉक स्थिर और अपरिवर्तनीय होता है, जिससे यह उन हमलावरों के लिए असुरक्षित हो जाता है जो समय के साथ इसका अध्ययन करते हैं। तीसरा, चिप के फील्ड में होने के बाद उसकी सुरक्षा को अपडेट करने का कोई अच्छा तरीका नहीं था।
नॉर्थ कैरोलिना यूनिवर्सिटी एट चार्लोट के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन तीनों समस्याओं को एक साथ हल करने के लिए एक नई प्रणाली विकसित की है। उन्होंने एक एकीकृत पाइपलाइन बनाई है जो फैक्ट्री फ्लोर से लेकर अंतिम उपयोगकर्ता तक सुरक्षित चिप्स को स्वचालित रूप से डिजाइन करने, बनाने और बनाए रखने के लिए मशीन लर्निंग का उपयोग करती है। यह प्रक्रिया एक कंप्यूटर प्रोग्राम के साथ शुरू होती है जो एक विशेषज्ञ वास्तुकार (आर्किटेक्ट) की तरह कार्य करता है। यह एक सर्किट के कच्चे ब्लूप्रिंट का परीक्षण करता है और एक प्रशिक्षित आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस मॉडल का उपयोग करके, यह भविष्यवाणी करता है कि पांच अलग-अलग लॉकिंग रणनीतियों में से कौन सी उस विशिष्ट डिज़ाइन के लिए सबसे अच्छी काम करेगी। यह मानव इंजीनियरों को सुरक्षा पद्धति का मैन्युअल रूप से निर्णय लेने की आवश्यकता को समाप्त करता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि हर बार सही उपकरण का उपयोग किया जाए।
एक बार सर्वश्रेष्ठ रणनीति चुने जाने के बाद, सिस्टम लॉक बनाता है। कई मानक परिपथों (सर्किट्स) के लिए, यह एक ऐसी विधि का उपयोग करता है जो हमलावर के लिए भ्रम को अधिकतम करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण बिंदुओं पर गुप्त गेट्स (gates) डालती है। उन सर्किट्स के लिए जिन्हें अधिक सुरक्षा की आवश्यकता है, सिस्टम 'स्ट्रीमलॉक' (STREAMLOCK) नामक एक नया, हल्का सुरक्षा इंजन नियोजित करता है। पारंपरिक लॉक जो एक एकल, अपरिवर्तनीय गुप्त कोड का उपयोग करते हैं, उनके विपरीत, STREAMLOCK लगातार बदलते यादृच्छिक नंबरों (रैंडम नंबर्स) की एक धारा उत्पन्न करता है। यह धारा सर्किट के लॉजिक में मिश्रित हो जाती है, जिसका अर्थ है कि इनपुट और आउटपुट के बीच का संबंध कभी भी एक जैसा नहीं रहता। यह गतिशील व्यवहार उन हमलावरों को विफल कर देता है जो कोड को तोड़ने के लिए चिप के स्थिर व्यवहार का अध्ययन करने की कोशिश करते हैं। शोधकर्ताओं ने विभिन्न मानक बेंचमार्क सर्किट्स पर इस नए इंजन का परीक्षण किया और पुष्टि की कि सही गुप्त कोड लागू होने पर यह पूरी तरह से काम करता है, जबकि गलत कुंजी का उपयोग करने पर आउटपुट को पूरी तरह से अस्त-व्यस्त कर देता है।
शोधकर्ताओं ने इस नए दृष्टिकोण की तुलना पुराने तरीकों और AES नामक एक भारी-भरकम एन्क्रिप्शन मानक के विरुद्ध भी की, जिसका उपयोग अक्सर उच्च-सुरक्षा डेटा के लिए किया जाता है लेकिन यह चिप के स्थान और बिजली के मामले में बहुत महंगा है। उनके परीक्षणों ने दिखाया कि नया STREAMLOCK तरीका पुराने, स्थिर लॉक की तुलना में बहुत अधिक सुरक्षा प्रदान करता है, लेकिन यह भारी AES पद्धति की तुलना में नौ गुना कम जगह और बीस गुना कम बिजली का उपयोग करता है। यह इसे एक आदर्श स्थिति (स्वीट स्पॉट) में रखता है: यह पुराने तरीकों की तुलना में बहुत अधिक सुरक्षित है लेकिन भारी-भरकम विकल्पों की तुलना में बहुत अधिक कुशल है।
पहेली का अंतिम हिस्सा उन चिप्स की समस्या का समाधान करता है जो पहले से ही उपयोग में हैं। एक मजबूत लॉक भी अंततः टूट सकता है यदि वह कभी बदलता नहीं है। इसे हल करने के लिए, टीम ने 'डायनेमिक पार्शियल रीकॉन्फ़िगरेशन' नामक एक विशेषता को एकीकृत किया है। यह इस क्षमता को जोड़ता है कि सिस्टम को बंद किए बिना, चलते समय चिप की सुरक्षा सेटिंग्स को अपडेट किया जा सके। यह एक तिजोरी के लॉक होने और उपयोग में होने के दौरान ही उसका कॉम्बिनेशन बदलने के समान है, बजाय इसके कि उसे रीसेट करने के लिए तिजोरी को तोड़ना पड़े। शोधकर्ताओं ने पाया कि वास्तविक समय में सुरक्षा को अपडेट करने की यह क्षमता जोड़ने से चिप के आकार या बिजली की खपत में लगभग कोई अतिरिक्त लागत नहीं आती है। स्वचालित डिजाइन चयन, एक शक्तिशाली नए एन्क्रिप्शन इंजन और वास्तविक समय में सुरक्षा को अपडेट करने की क्षमता को जोड़कर, यह पाइपलाइन डिज़ाइन के क्षण से लेकर सेवानिवृत्ति के दिन तक, हार्डवेयर की सुरक्षा के लिए एक पूर्ण, स्वचालित समाधान प्रदान करता है।
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