パデュー大、リバースエンジニアリング防止の隠蔽トランジスタ設計を開発

ハッカーは、回路内のキートランジスタが何をしているかを発見することでチップ上の回路を複製できます——しかしトランジスタの「タイプ」が検出不能なら話は別です。パデュー大学のエンジニアたちが、ブラックリン（黒リン）と呼ばれるシート状材料でトランジスタを作ることで、どのトランジスタがどれかを判別不能にする方法を実証しました。

チップのリバースエンジニアリングは一般的な慣行です——ハッカーも、知的財産侵害を調査する企業も行います。研究者たちは、チップに触れずにリバースエンジニアリングできるX線イメージング技術も開発しています。

パデュー研究者たちが実証したアプローチは、より根本的なレベルでセキュリティを高めます。チップメーカーがこのトランジスタ設計を自社プロセスとどう互換性を持たせるかにより、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個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、N型とP型という2つの異なるタイプのトランジスタ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特定することから始まります。

「しかし、それらが明確に異なるため、適切なツールで明確に識別できます——それにより後戻りして、各個別回路コンポーネントが何をしているかを突き止め、チップを複製できます」とJoerg Appenzeller教授は言います。だから、検査時にこの2つのトランジスタタイプが同一に見えれば、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できなくなります。

Appenzeller氏のチームは研究で、ブラックリンのような材料でトランジスタを作製してカモフラージュすることで、どのトランジスタがどれかを知ることを不可能にすることを示しました。電圧で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に見えます。

カモフラージュは既にチップメーカーが使用す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隠蔽しようとはしません——適切なツールを使ったリバースエンジニアリングハッキング手法に対してチップが潜在的に脆弱なままです。

Appenzeller氏のチームが実証したカモフラージュ手法は、トランジスタにセキュリティキーを組み込むようなものです。そのアプローチにより、N型とP型トランジスタが根本的なレベルで同一に見えます。キーを知らずにそれらを区別することはできません。チップメーカーでさえ、チップ生産後にこのキーを抽出することはできません。「チップを盗んでも、キーがなければ無意味です」とAppenzeller氏は言います。

現在のカモフラージュ技術は、回路で何が起きているかを隠すためにより多くのトランジスタを必要とします。しかし、原子のように薄いブラックリンのような材料でトランジスタタイプを隠すことは、より少ないトランジスタで済み、スペースと電力を節約し、より良い偽装を作り出すと研究者たちは述べています。

トランジスタタイプを隠蔽してチップ知的財産を保護するアイデアは、元々ノートルダム大学Sharon Hu教授とその共同研究者たちの理論から来ました。通常、N型とP型トランジスタを露見させるのは、電流の運び方です。N型は電子を輸送して電流を運び、P型は電子の不在、つまり正孔を使います。

ブラックリンは非常に薄いため、チームは電子と正孔の輸送が同様の電流レベルで可能になると気づき、2つのトランジスタタイプがより根本的に同じに見えるようになりました。それがブラックリンベーストランジスタのカモフラージュ能力を実験的に実証したときです。これらのトランジスタは、電子輸送の小さな「バンドギャップ」である小さなデッドゾーンにより、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。

しかしブラック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より別の材料を使用する可能性が高いです。「業界は超薄型2D材料を検討し始めています。それらはチップにより多くのトランジスタを収められ、より強力にするからです。ブラックリンは現在の処理技術との互換性の面からはやや揮発性が高すぎますが、2D材料がどう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どう実装するかを理解するための一歩です」とAppenzeller氏は述べています。