{"id":12966,"date":"2021-11-12T09:36:38","date_gmt":"2021-11-12T08:36:38","guid":{"rendered":"https:\/\/news.save.ch\/?p=12966"},"modified":"2023-07-13T09:50:58","modified_gmt":"2023-07-13T07:50:58","slug":"ein-post-quanten-chip-mit-hardware-trojanern","status":null,"type":"post","link":"https:\/\/news.save.ch\/de\/ein-post-quanten-chip-mit-hardware-trojanern\/","title":{"rendered":"Ein Post-Quanten-Chip mit Hardware-Trojanern"},"content":{"rendered":"
\"Hardware-Trojaner\"
Johanna Baehr vom Lehrstuhl Sicherheit in der Informationstechnik hat mit ihrem Team auf diesem Chip vier Hardware-Trojaner versteckt – Schadfunktionen – die direkt in die Schaltkreise integriert sind. – Astrid Eckert \/ TUM – Astrid Eckert \/ TUM<\/figcaption><\/figure>\n

Hackerangriffe auf Industrieanlagen sind l\u00e4ngst keine Fiktion mehr. Angreifer k\u00f6nnen Informationen \u00fcber Produktionsprozesse stehlen oder ganze Fabriken lahmlegen. Um das zu verhindern, kommunizieren Chips in den einzelnen Komponenten der Anlagen schon heute verschl\u00fcsselt miteinander. Viele Verschl\u00fcsselungs-Algorithmen werden jedoch bald keinen Schutz mehr bieten: W\u00e4hrend heutige Computer etablierte Verfahren nicht knacken k\u00f6nnen, w\u00e4ren Quantencomputer dazu durchaus in der Lage. Dies ist insbesondere f\u00fcr langlebige Ger\u00e4te, wie beispielsweise Industrieanlagen kritisch.<\/p>\n

Aus diesem Grund sind Sicherheitsexpertinnen und -experten weltweit damit besch\u00e4ftigt, technische Standards f\u00fcr eine \u00abPost-Quanten-Kryptografie\u00bb zu entwickeln. Eine der Herausforderungen dabei sind die hohen Rechenanforderungen dieser Verschl\u00fcsselungsverfahren. Ein Team um Georg Sigl, Professor f\u00fcr Sicherheit in der Informationstechnik an der TUM, hat jetzt einen Chip entworfen und fertigen lassen, der Post-Quanten-Kryptografie besonders effektiv umsetzt.<\/p>\n

Schnell und flexibel durch Kombination aus Hardware und Software<\/h2>\n

Sigl und sein Team setzen dabei auf ein Hardware-Software-Co-Design. Dabei erg\u00e4nzen sich spezialisierte Bauteile und Steuerungssoftware. \u00abUnser Chip ist der erste, der f\u00fcr Post-Quanten-Kryptografie konsequent auf ein Hardware-Software-Co-Design setzt\u00bb, sagt Prof. Sigl.<\/p>\n

\u00abDadurch kann er Verschl\u00fcsselungen mit Kyber<\/em> \u2013 einem der aussichtsreichsten Kandidaten f\u00fcr Post-Quanten-Kryptografie \u2013 etwa zehnmal so schnell umsetzen, wie Chips, die auf reine Softwarel\u00f6sungen setzen, verbraucht dabei circa achtmal weniger Energie und ist fast genauso flexibel wie diese.\u00bb<\/p>\n

Basierend auf Open-Source-Standard<\/h2>\n

Bei dem Chip handelt es sich um eine sogenannte \u00abAnwendungsspezifische integrierte Schaltung\u00bb, kurz ASIC. Solche spezialisierten Mikrocontroller werden oft in grosser Zahl nach den Vorgaben von Unternehmen gefertigt. Das Team der TUM modifizierte ein Open-Source Chipdesign, das auf dem quelloffenen RISC-V-Standard basiert. Dieser Standard wird von immer mehr Chipherstellern genutzt und k\u00f6nnte in vielen Bereichen propriet\u00e4re Ans\u00e4tze grosser Unternehmen ersetzen. Post-Quanten-Kryptografie-f\u00e4hig wird der Chip zum einen durch eine Modifikation des Rechnerkerns und besondere Instruktionen, mit denen notwendige Rechenoperationen beschleunigt werden.<\/p>\n

Zum anderen wurde das Design um einen eigens entwickelten Hardwarebeschleuniger erweitert. Durch diesen ist der Chip nicht nur in der Lage, sogenannte gitterbasierte Postquanten-Krypografie-Algorithmen wie Kyber zu nutzen, sondern k\u00f6nnte auch mit dem Algorithmus SIKE arbeiten. Dieser ist mit deutlich mehr Rechenaufwand verbunden. Der an der TUM entwickelte Chip kann ihn nach Angaben des Teams rund 21-mal schneller umsetzen als Chips, die f\u00fcr die Verschl\u00fcsselung nur auf Software setzen. SIKE wird als erfolgversprechende Alternative gehandelt, sollten gitterbasierten Ans\u00e4tze sich irgendwann als nicht mehr sicher erweisen. Solche Absicherungen sind \u00fcberall dort sinnvoll, wo Chips \u00fcber einen langen Zeitraum eingesetzt werden.<\/p>\n

Hardware-Trojaner unterlaufen Post-Quanten-Kryptografie<\/h2>\n

Neben der Zahl herk\u00f6mmlichen Hacker-Attacken steigt auch die Bedrohung durch sogenannte Hardware-Trojaner. Computerchips werden in der Regel nach den Vorgaben von Unternehmen in spezialisierten Fabriken hergestellt. Gelingt es Angreifern, vor oder w\u00e4hrend der Fertigung Trojaner-Schaltkreise in das Chip-Design zu schmuggeln, k\u00f6nnte das schwerwiegende Auswirkungen haben. Genau wie bei einem Hacker-Angriff von aussen liessen sich so beispielsweise Fabriken lahmlegen oder Produktionsgeheimnisse stehlen. Mehr noch: Ist der Trojaner schon in der Hardware verbaut, l\u00e4sst sich auch Post-Quanten-Kryptografie unterlaufen.<\/p>\n

\u00abBislang wissen wir sehr wenig dar\u00fcber, wie Hardware-Trojaner von realen Angreifern eingesetzt werden\u00bb, erl\u00e4utert Georg Sigl. \u00abUm Schutzmassnahmen zu entwickeln, m\u00fcssen wir uns gewissermassen in Angreifer hineinversetzen und selbst Trojaner entwickeln und verstecken. In unserem Post-Quanten-Chip haben wir deswegen vier von uns entwickelte Trojaner eingebaut, die ganz unterschiedlich arbeiten.\u00bb<\/p>\n

Chip wird getestet und dann zerlegt<\/h2>\n

In den kommenden Monaten werden Sigl und sein Team die Kryptografie-F\u00e4higkeiten des Chips und die Funktion und Nachweisbarkeit der Hardware-Trojaner intensiv testen. Im Anschluss wird der Chip zerst\u00f6rt \u2013 zu Forschungszwecken. In einem aufwendigen Prozess werden die Leiterbahnen Schicht f\u00fcr Schicht abgeschliffen, jede einzelne Schicht wird fotografiert. Ziel ist es, neue am Lehrstuhl von Prof. Sigl entwickelte KI-Verfahren zu erproben, mit denen sich die exakte Funktionsweise von Chips rekonstruieren l\u00e4sst, auch wenn keine Dokumentation vorliegt.<\/p>\n

\u00abSolche Rekonstruktionen k\u00f6nnen dabei helfen, Bestandteile eines Chips zu identifizieren, deren Funktion nichts mit dessen eigentlichen Aufgaben zu tun haben und die m\u00f6glicherweise hineingeschmuggelt wurden\u00bb, sagt Georg Sigl. \u00abSolche Verfahren k\u00f6nnten einmal Standard f\u00fcr Stichproben bei grossen Chip-Bestellungen werden. Zusammen mit einer effektiven Post-Quanten-Kryptografie k\u00f6nnen wir so Hardware in Industrieanlagen aber beispielsweise auch in PKWs sicherer machen.\u00bb<\/p>\n

Quelle: TU M\u00fcnchen<\/a><\/em><\/p>\n

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