新型智能熱監控系統：應對新型黑客攻擊，保證晶元安全！

近日，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員正在研發新型智能自監控系統，它可以實時監測處理器的熱圖像，應對未來新型黑客攻擊和安全威脅。

背景

電子行業的技術進展，例如：速度更快、成本更低、尺寸更小，為我們帶來了全新的工業自動化和工業製造，「工業4.0」的實現正是基於這些進展。過去這些年來，尤其值得我們注意的就是：電子器件小型化這一趨勢，筆者在過去的文章中也多次介紹過。

然而，任何事物都有兩面性，電子器件小型化有陽光的一面，也有陰暗的一面。因為，低於10納米的工藝製造出的處理器都將是高度敏感的。黑客可以使之超負荷承載特定的錯誤控制指令，發起人為的老化攻擊，幾天之內便可毀壞處理器。

創新

近日，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員正在研發新型智能熱自監控系統，它可以實時監測處理器的熱圖像，應對未來新型黑客攻擊和安全威脅。

（圖片來源：參考資料【3】）

技術

許多文獻都記載了對於信息物理系統中進程的網路攻擊。攻擊者會植入惡意軟體，在嵌入式控制系統的後台運行。這種惡意軟體會泄露數據、破壞進程，為未經授權的用戶提供訪問權，並導致災難性結局。實際上，網路安全對於科研界、產業界、政府來說都非常重要。

然而，計算機晶元的小型化，讓黑客有了一種新的攻擊途徑，他們可以利用老化機制對於計算機晶元構成威脅。老化現象會永久或者暫時地危及晶元上的系統功能，帶來新型的安全攻擊。這些攻擊不像過去幾十年集中研究的傳統安全攻擊那樣，它們無法回溯，因為潛在的機制在攻擊結束後會自然恢復。因此，這種由老化效應引起的新型安全攻擊頗具挑戰性，相關研究才剛剛起步。

（圖片來源：參考資料【2】）

德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）正在研發的新方案基礎是：在處理器運行期間識別熱圖像。嵌入式系統（CES）教授、研究團隊領頭人 J?rg Henkel 表示：「每個晶元都會產生特定的熱指紋。在進行計算時，有些數據存儲在內存中或者從硬碟中檢索。所有這些操作都會在處理器各個區域，產生短期的加熱和冷卻。」

（圖片來源：參考資料【2】）

Henkel 的團隊通過靈敏的紅外攝像頭檢測這些圖案，並且通過最小的溫度變化或者幾毫秒的時間偏差，來重現控制常式中的變化。安裝紅外攝像頭表明熱監測是可行的。未來，晶元上的感測器將具有攝像頭功能。「我們將增加感測器的數量，並首次將它們用於網路安全。」此外，科學家們要為晶元裝備神經網路，用於識別熱偏差和實時監測晶元。

J?rg Henkel 團隊的合作和夥伴、計算機科學家 Hussam Amrouch 表示：「一旦黑客知道我們在檢測溫度，他們也會採取措施。他們將寫出更小或者更慢的程序，這些程序的發熱情況將更難識別。」因此，從一開始，神經網路就被訓練用於識別改進的威脅。

價值

該系統有望集成到新一代計算機晶元中，應對新的安全威脅。研究人員認為，這種智能熱控制系統有望首先應用於工業電腦。因為工業電腦執行大量的靜態控制程序，所以其中的偏差比智能手機中的更容易區分。

關鍵字

晶元、安全、電子

參考資料

【1】http://www.kit.edu/kit/english/pi_2018_003_smart-heat-control-of-microchips.php

【2】Hussam Amrouch, Prashanth Krishnamurthy, Naman Patel, J?rg Henkel, Ramesh Karri, Farshad Khorrami, "Emerging (Un-)Reliability Based Security Threats and Mitigations for Embedded Systems" in IEEE/ACM International Conference on Compilers, Architecture, and Synthesis for Embedded Systems (CASES"17), OCTOBER 15-20, Seoul, South Korea, 2017, http://ces.itec.kit.edu/img/CASES17.pdf

【3】Hussam Amrouch, J?rg Henkel, "Lucid Infrared Thermography of Thermally-Constrained Processors" in ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design (ISLPED"15), Rome, Italy, July 22-24, 2015, http://cesweb.itec.kit.edu/~amrouch/dependable_hardware_pdfs/Lucid_Infrared_Thermography_of_Thermally_Constrained_Processors.pdf

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