Design for security in mixed analog-digital integrated circuits - Circuits Intégrés Numériques et Analogiques Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Design for security in mixed analog-digital integrated circuits

Conception en vue de la sécurité pour les circuits mixtes analogiques et numériques

Résumé

Recently, the enormous cost of owning and maintaining a modern semiconductor manufacturing plant has coerced many companies to go fabless. By outsourcing the manufacturing IC/IP to third-party and often off-shore companies, the process has been extended to potentially untrustworthy companies. This has resulted in several security threats to the semiconductor industry such as counterfeiting, reverse engineering, and HTs insertion. In this thesis, we propose an anti-piracy countermeasure to protect AMS ICs/IPs, a novel HT attack for AMS ICs/IPs, and a novel PUF. More specifically, we propose an anti-piracy technique based on locking for programmable analog circuits. The proposed technique leverages the programmability fabric to implement a natural lock-less locking. We discuss its implementation and its resilience capabilities against foreseen attacks. The proposed HT attack for analog circuits leverages the test infrastructure. The HT is hidden effectively in a digital core and transfers its payload to the analog circuit via the test bus and the interface of the analog circuit to the test bus. Its key characteristic is that it is invisible in the analog domain. The proposed HT is demonstrated on two case studies. This thesis sheds light on the importance of developing new security and trust countermeasures tailored for analog circuits. The proposed PUF, called "neuron-PUF", uses a single spiking neuron as the source of entropy. Its key characteristic is that it uses a single PUF cell and temporal redundancy to generate an arbitrarily long key, which results in significant low area and power overheads compared to mainstream PUFs, such as delay-based and memory-based PUFs.
Récemment, les coûts faramineux d'une usine de fabrication de semi-conducteurs ont contraint de nombreuses entreprises à renoncer à avoir leur usine en propre. En externalisant la fabrication de CI/PI à des sociétés tierces, le procédé de fabrication a été confié à des sociétés potentiellement peu fiables. Il en résulte des menaces de sécurité pour l'industrie des semi-conducteurs, telles que la contrefaçon, la rétro-ingénierie et l'insertion de HT. Dans cette thèse, nous proposons une contre-mesure anti-piratage pour protéger les CI/PI AMS, une nouvelle attaque HT pour les CI/PI AMS et une nouvelle PUF. La technique anti-piratage que nous proposons est basée sur le verrouillage des circuits analogiques configurables. Notre technique exploite le mécanisme de configuration du circuit pour y introduire une fonction verrouillage. Nous présentons son implémentation et ses capacités de résilience contre les attaques. L'attaque HT proposée pour les circuits analogiques exploite l'infrastructure de test. Le HT est introduit dans le sous-système numérique du système AMS et transfère sa charge utile au circuit analogique via le bus de test. Le HT est invisible dans le domaine analogique. Le HT est montré sur deux études de cas. Cette thèse montre l'importance de nouvelles contre-mesures de sécurité et de confiance adaptées aux CI analogiques. La fonction PUF proposée utilise un neurone à impulsions comme source d'entropie. Sa caractéristique principale est de n'utiliser qu'une seule cellule PUF et une redondance temporelle pour générer une clé arbitrairement longue, ce qui réduit les coûts additionnels en surface et en énergie par rapport aux fonctions PUF traditionnelles.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03343690 , version 1 (14-09-2021)
tel-03343690 , version 2 (08-12-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03343690 , version 2

Citer

Mohamed Elshamy. Design for security in mixed analog-digital integrated circuits. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Sorbonne Université, 2021. English. ⟨NNT : 2021SORUS093⟩. ⟨tel-03343690v2⟩
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