新しいトランジスタ設計は、ハッカーから保護するために主要なコンピュータチップハードウェアを偽装します

ハッカーは、回路内で主要なトランジスタが何をしているのかを発見することで、チップ上の回路を再現できますが、トランジスタの「タイプ」が検出できない場合は再現できません。パデュー大学のエンジニアは、黒リンと呼ばれるシート状の材料でトランジスタを構築することにより、どのトランジスタがどれであるかを偽装する方法を実証しました。

リバースエンジニアリングチップは、ハッカーと知的財産権侵害を調査している企業の両方にとって一般的な慣行です。研究者は、チップをリバースエンジニアリングするために実際にチップに触れる必要のないX線イメージング技術も開発しています。

Purdueの研究者が実証したアプローチは、より基本的なレベルでセキュリティを強化します。チップメーカーがこのトランジスタ設計を自社のプロセスと互換性のあるものにすることをどのように選択するかによって、このレベルのセキュリティの可用性が決まります。

チップは、回路内の数百万のトランジスタを使用して計算します。電圧が印加されると、2つの異なるタイプのトランジスタ（NタイプとPタイプ）が計算を実行します。チップの複製は、これらのトランジスタを識別することから始まります。

「しかし、それらは明らかに異なるため、適切なツールでそれらを明確に識別できます。過去にさかのぼって、個々の回路コンポーネントが何をしているのかを調べてから、チップを再現することができます」と、JoergAppenzeller教授は述べています。したがって、これら2つのトランジスタタイプが検査時に同一であると思われる場合、ハッカーは回路をリバースエンジニアリングしてチップを複製することはできません。

Appenzellerのチームは、彼らの研究で、黒リンなどの材料からトランジスタを製造することによってトランジスタをカモフラージュすると、どのトランジスタがどれであるかを知ることが不可能になることを示しました。電圧がトランジスタのタイプを切り替えると、ハッカーにはまったく同じように見えます。

カモフラージュはすでにチップメーカーが使用しているセキュリティ対策ですが、通常は回路レベルで行われ、個々のトランジスタの機能を覆い隠そうとはしません。適切なツールを使用したリバースエンジニアリングハッキング技術に対してチップを脆弱なままにする可能性があります。

Appenzellerのチームが示したカモフラージュ方法は、トランジスタにセキュリティキーを組み込むことです。このアプローチにより、N型トランジスタとP型トランジスタは基本的なレベルで同じように見えます。キーを知らなければ、それらを実際に区別することはできません。チップメーカーでさえ、チップが製造された後にこのキーを抽出することはできません。 「チップを盗むことはできますが、鍵はありません」とAppenzeller氏は述べています。

現在のカモフラージュ技術では、回路で起こっていることを隠すために、より多くのトランジスタが必要です。しかし、黒リンのような材料（原子と同じくらい薄い材料）を使用してトランジスタタイプを隠すと、必要なトランジスタが少なくなり、より良い変装を作成することに加えて、より少ないスペースと電力を消費します。

チップの知的財産を保護するためにトランジスタの種類を隠すというアイデアは、もともとノートルダム大学のSharonHu教授とその共同研究者による理論に基づいています。通常、N型およびP型トランジスタを遠ざけるのは、それらがどのように電流を運ぶかです。 N型トランジスタは電子を輸送することによって電流を運びますが、P型トランジスタは正孔と呼ばれる電子の欠如を利用します。

チームは、黒リンが非常に薄いため、同様の電流レベルで電子と正孔の輸送が可能になり、2つのタイプのトランジスタがより基本的に同じように見えることを認識しました。そのとき、彼らは黒リンベースのトランジスタのカモフラージュ能力を実験的に実証しました。これらのトランジスタは、小さな「バンドギャップ」と呼ばれる電子輸送のデッドゾーンが小さいため、室温でコンピュータチップの低電圧で動作することも知られています。

しかし、黒リンの利点にもかかわらず、チップ製造業界は、このカモフラージュ効果を達成するために別の材料を使用する可能性が高くなります。 「業界は、より多くのトランジスタをチップに収めることができ、より強力になるため、超薄型の2D材料を検討し始めています。黒リンは揮発性が高すぎて現在の処理技術と互換性がありませんが、2D材料がどのように機能するかを実験的に示すことは、このセキュリティ対策を実装する方法を理解するためのステップです」とAppenzeller氏は述べています。