Engenheiros de Purdue Desenvolvem Design de Transistor Oculto para Proteger Chips de Engenharia Reversa

Um hacker pode reproduzir um circuito em um chip descobrindo o que transistores-chave estão fazendo em um circuito — mas não se o "tipo" de transistor é indetectável. Engenheiros da Universidade Purdue demonstraram uma maneira de disfarçar qual transistor é qual construindo-os a partir de um material em forma de folha chamado fósforo preto.

Engenharia reversa de chips é uma prática comum — tanto para hackers quanto para empresas investigando violação de propriedade intelectual. Pesquisadores também estão desenvolvendo técnicas de imagem de raio-X que não exigiriam realmente tocar um chip para fazer engenharia reversa.

A abordagem que os pesquisadores de Purdue demonstraram aumentaria a segurança em um nível mais fundamental. Como fabricantes de chips escolhem tornar este design de transistor compatível com seus processos determinaria a disponibilidade deste nível de segurança.

Um chip computa usando milhões de transistores em um circuito. Quando uma voltagem é aplicada, dois tipos distintos de transistores — um tipo N e um tipo P — realizam uma computação. Replicar o chip começaria com a identificação destes transistores.

"Mas porque eles são distintamente diferentes, as ferramentas certas poderiam identificá-los claramente — permitindo que você vá para trás, descubra o que cada componente individual do circuito está fazendo e então reproduza o chip," disse o Professor Joerg Appenzeller. Então, se estes dois tipos de transistores aparecessem idênticos na inspeção, um hacker não seria capaz de reproduzir um chip por engenharia reversa do circuito.

A equipe de Appenzeller mostrou em seu estudo, que camuflar os transistores fabricando-os a partir de um material como fósforo preto torna impossível saber qual transistor é qual. Quando uma voltagem alterna o tipo dos transistores, eles aparecem exatamente iguais para um hacker.

Embora camuflagem já seja uma medida de segurança que fabricantes de chips usam, ela é tipicamente feita no nível do circuito e não tenta obscurecer a funcionalidade de transistores individuais — deixando o chip potencialmente vulnerável a técnicas de hacking de engenharia reversa com as ferramentas certas.

O método de camuflagem que a equipe de Appenzeller demonstrou seria construir uma chave de segurança nos transistores. Essa abordagem faria transistores tipo N e P parecerem os mesmos em um nível fundamental. Você não conseguiria realmente distinguí-los sem saber a chave. Nem mesmo o fabricante do chip seria capaz de extrair esta chave após o chip ser produzido. "Você poderia roubar o chip, mas não teria a chave," disse Appenzeller.

Técnicas atuais de camuflagem requerem mais transistores para esconder o que está acontecendo no circuito. Mas esconder o tipo de transistor usando um material como fósforo preto — um material tão fino quanto um átomo — requer menos transistores, ocupando menos espaço e energia além de criar um disfarce melhor, disseram os pesquisadores.

A ideia de obscurecer o tipo de transistor para proteger propriedade intelectual de chip originalmente veio de uma teoria da professora da Universidade de Notre Dame Sharon Hu e seus colaboradores. Tipicamente, o que entrega transistores tipo N e P é como eles carregam uma corrente. Transistores tipo N carregam uma corrente transportando elétrons enquanto transistores tipo P usam a ausência de elétrons, chamados buracos.

Fósforo preto é tão fino, a equipe percebeu, que permitiria transporte de elétrons e buracos em um nível de corrente similar, fazendo os dois tipos de transistores aparecerem mais fundamentalmente iguais. Foi quando eles demonstraram experimentalmente as habilidades de camuflagem de transistores baseados em fósforo preto. Estes transistores também são conhecidos por operar nas baixas voltagens de um chip de computador em temperatura ambiente devido à sua menor zona morta para transporte de elétrons, descrita como um pequeno "band gap".

Mas apesar das vantagens do fósforo preto, a indústria de fabricação de chips mais provavelmente usaria um material diferente para alcançar este efeito de camuflagem. "A indústria está começando a considerar materiais 2D ultrfinos porque eles permitiriam mais transistores caberem em um chip, tornando-os mais poderosos. Embora fósforo preto seja um pouco volátil demais para ser compatível com técnicas de processamento atuais, mostrar experimentalmente como um material 2D poderia funcionar é um passo para descobrir como implementar esta medida de segurança," disse Appenzeller.