Ingénieurs de Purdue développent un design de transistor caché pour protéger les puces de l'ingénierie inverse

Un pirate peut reproduire un circuit sur une puce en découvrant ce que font les transistors clés dans un circuit — mais pas si le « type » de transistor est indétectable. Des ingénieurs de l'Université Purdue ont démontré un moyen de déguiser quel transistor est lequel en les construisant à partir d'un matériau en feuille appelé phosphore noir.

L'ingénierie inverse de puces est une pratique courante — tant pour les pirates que pour les entreprises enquêtant sur la violation de propriété intellectuelle. Les chercheurs développent aussi des techniques d'imagerie par rayons X qui ne nécessiteraient pas de toucher physiquement une puce pour la rétro-concevoir.

L'approche que les chercheurs de Purdue ont démontrée augmenterait la sécurité à un niveau plus fondamental. Comment les fabricants de puces choisissent de rendre ce design de transistor compatible avec leurs processus déterminera la disponibilité de ce niveau de sécurité.

Une puce calcule en utilisant des millions de transistors dans un circuit. Quand une tension est appliquée, deux types distincts de transistors — un type N et un type P — effectuent un calcul. La réplication de la puce commencerait par identifier ces transistors.

« Mais parce qu'ils sont distinctement différents, les bons outils pourraient les identifier clairement — vous permettant de revenir en arrière, découvrir ce que fait chaque composant de circuit individuel et ensuite reproduire la puce », a dit le Professeur Joerg Appenzeller. Donc, si ces deux types de transistors apparaissaient identiques à l'inspection, un pirate ne pourrait pas reproduire une puce par ingénierie inverse du circuit.

L'équipe d'Appenzeller a montré dans leur étude que camoufler les transistors en les fabriquant à partir d'un matériau tel que le phosphore noir rend impossible de savoir quel transistor est lequel. Quand une tension bascule le type des transistors, ils apparaissent exactement les mêmes pour un pirate.

Bien que le camouflage soit déjà une mesure de sécurité que les fabricants de puces utilisent, il est généralement fait au niveau du circuit et n'essaie pas d'obscurcir la fonctionnalité des transistors individuels — laissant la puce potentiellement vulnérable aux techniques de piratage par ingénierie inverse avec les bons outils.

La méthode de camouflage que l'équipe d'Appenzeller a démontrée serait de construire une clé de sécurité dans les transistors. Cette approche ferait paraître les transistors de type N et P les mêmes à un niveau fondamental. Vous ne pourriez pas vraiment les distinguer sans connaître la clé. Même le fabricant de la puce ne serait pas capable d'extraire cette clé après que la puce est produite. « Vous pourriez voler la puce, mais vous n'auriez pas la clé », a dit Appenzeller.

Les techniques de camouflage actuelles nécessitent plus de transistors pour cacher ce qui se passe dans le circuit. Mais cacher le type de transistor en utilisant un matériau comme le phosphore noir — un matériau aussi fin qu'un atome — nécessite moins de transistors, prenant moins d'espace et d'énergie en plus de créer un meilleur déguisement, ont dit les chercheurs.

L'idée d'obscurcir le type de transistor pour protéger la propriété intellectuelle de la puce est venue à l'origine d'une théorie de la professeure Sharon Hu de l'Université de Notre Dame et ses collaborateurs. Typiquement, ce qui trahit les transistors de type N et P est comment ils transportent un courant. Les transistors de type N transportent un courant en transportant des électrons tandis que les transistors de type P utilisent l'absence d'électrons, appelés trous.

Le phosphore noir est si fin, l'équipe a réalisé, qu'il permettrait le transport d'électrons et de trous à un niveau de courant similaire, faisant apparaître les deux types de transistors fondamentalement les mêmes. C'est à ce moment qu'ils ont démontré expérimentalement les capacités de camouflage des transistors à base de phosphore noir. Ces transistors sont aussi connus pour fonctionner aux basses tensions d'une puce d'ordinateur à température ambiante en raison de leur zone morte plus petite pour le transport d'électrons, décrite comme un petit « gap de bande ».

Mais malgré les avantages du phosphore noir, l'industrie de fabrication de puces utiliserait plus probablement un matériau différent pour atteindre cet effet de camouflage. « L'industrie commence à considérer les matériaux 2D ultraminces parce qu'ils permettraient plus de transistors sur une puce, les rendant plus puissantes. Bien que le phosphore noir soit un peu trop volatile pour être compatible avec les techniques de traitement actuelles, montrer expérimentalement comment un matériau 2D pourrait fonctionner est un pas vers comprendre comment implémenter cette mesure de sécurité », a dit Appenzeller.