DFG-Forschungsprojekt NANOSEC Nachweis digitaler Identitäten mit Chip-Fingerabdrücken

Autor / Redakteur: Dipl.-Phys. Oliver Schonschek / Peter Schmitz

Die analoge Welt könnte das IoT sicherer machen, so die Universität Passau. Forscher untersuchen künftige Einsatzmöglichkeiten für „Physically Unclonable Functions“ bei Speicherstrukturen und nanomaterialbasierten Bauelementen.

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Schon minimale Abweichungen machen Chips einmalig und dadurch eindeutig identifizierbar.
Schon minimale Abweichungen machen Chips einmalig und dadurch eindeutig identifizierbar.
(© Connect world - stock.adobe.com)

In der analogen Welt kommt es bei der Fertigung von Chips zu ungewollten, minimalen Abweichungen. Genau diese ungeplanten Variationen machen jeden Chip für sich einzigartig. „In der Informatik nutzen wir diese Unterschiede, um Hardware eindeutig identifizieren zu können“, so Prof. Dr. Stefan Katzenbeisser, Inhaber des Lehrstuhls für Technische Informatik an der Universität Passau.

Physically Unclonable Functions, physikalisch unkopierbare Funktionen, nennen sich diese einzigartigen Codes, kurz PUFs. Mit Hilfe solcher PUFs lassen sich Geräte eindeutig identifizieren, vergleichbar eines digitalen Fingerabdrucks. Derzeit gilt dies als robuste und leichte Lösung, um etwa das Internet der Dinge sicherer zu machen.

Ein Ziel: Sichere Identitäten bei vernetzten Fahrzeugen

In dem neuen Forschungsprojekt der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) „NANOSEC – Manipulationssichere PUFs basierend auf Nanostrukturen für sichere und robuste Hardwaresicherheits-Primitive“ tun sich die Passauer Forscherinnen und Forscher mit der TU Chemnitz zusammen, um ihre Kompetenzen in den Bereichen der Hardwaresicherheit (Universität Passau) und nanomaterialbasierter Bauelemente (TU Chemnitz) zu bündeln.

Die Forscher untersuchen, inwiefern sich Kohlenstoff-Nanoröhren für PUFs eignen. Das Team entwickelt und erforscht hier hybride PUFs, die sowohl Sensor- als auch PUF-Funktionalitäten aufweisen. „Das könnte ein vielversprechender Baustein für sicherheitsrelevante Anwendungen werden, etwa im Bereich des autonomen Fahrens, da er vertrauenswürdige und hardwaregesicherte Sensordaten liefert“, erklärt Prof. Dr. Katzenbeisser. Wir haben nachgefragt.

Interview mit Professor Katzenbeisser

Prof. Dr. Stefan Katzenbeisser, Lehrstuhl für Technische Informatik an der Universität Passau, forscht mit seinem Team an Einsatzmöglichkeiten für „Physically Unclonable Functions“ (PUF).
Prof. Dr. Stefan Katzenbeisser, Lehrstuhl für Technische Informatik an der Universität Passau, forscht mit seinem Team an Einsatzmöglichkeiten für „Physically Unclonable Functions“ (PUF).
(Bild: Universität Passau)

NANOSEC gehört ja zu den zwei DFG-Projekten, die künftige Einsatzmöglichkeiten für Physically Unclonable Functions bei Speicherstrukturen und bei nanomaterialbasierten Bauelementen untersuchen. NANOSEC selbst untersucht "Manipulationssichere PUFs basierend auf Nanostrukturen für sichere und robuste Hardwaresicherheits-Primitive". Dabei gehen Sie speziell der Frage nach, inwiefern sich Kohlenstoff-Nanoröhren für PUFs eignen. Das klingt von extern betrachtet aufwändig und kompliziert.

Professor Katzenbeisser: Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) sind bereits ein aktives Forschungsgebiet -in der Zukunft erhofft man sich, durch CNTs verschiedene neue Anwendungen zu erschließen (wie Sensoren), aber auch die herkömmliche Chip-Technologie dadurch abzulösen. Ich denke daher, dass wir in einigen Jahren viele Anwendungen von CNTs sehen werden. Die Nutzung im Bereich der Sicherheit ist dann nur mehr ein kleiner Schritt.

Wollen Sie mit den Kohlenstoff-Nanoröhren auf definiertem Weg gezielt eindeutige "Chip-Fingerabdrücke" erzielen? Oder was kann man sich darunter vorstellen?

Professor Katzenbeisser: Ja, wir wollen „eindeutige“ Fingerabdrücke von Chips generieren, die mit CNTs bestückt sind. Die Fingerabdrücke „entstehen“ automatisch während der Fertigung, da es uns nicht gelingen wird, derartig kleine Objekte immer exakt zu „replizieren“ - ganz wie ein Fingerabdruck eines Menschen auch ohne sein Zutun „entsteht“.

Sehen Sie die Möglichkeit, dass Kohlenstoff-Nanoröhren auch industriell und im großen Maßstab für PUFs eingesetzt werden können? Wären Chip-Hersteller oder Sensor-Hersteller dazu in der Lage? Oder sind spezielle Einrichtungen erforderlich, die die Industrie anschaffen müsste?

Professor Katzenbeisser: Zur Zeit sind spezielle Einrichtungen nötig, allerdings wird sich das ändern, sobald CNTs in der Chiptechnologie weite Verbreitung erlangen.

Ein Anwendungsfeld könnten ja sicherheitsrelevante Anwendungen sein, etwa im Bereich des autonomen Fahrens, für vertrauenswürdige und hardware-gesicherte Sensordaten. Hier besteht offensichtlich ein großer Bedarf. Können denn entsprechend präparierte Chips in Zukunft kostengünstig genug hergestellt werden, damit diese so breit eingesetzt werden können?

Professor Katzenbeisser: Ja, das ist die Hoffnung. Wir wollen in dem Projekt den Prototypen eines Sensors bauen, der sich selbst schützt“, wo also der Fingerabdruck genau aus jenen CNTs generiert wird, die auch als Sensor dienen. Somit müssten keine weitere CNTs dem Design hinzugefügt werden.

Haben Sie bereits Partner oder Interessenten aus der Wirtschaft?

Professor Katzenbeisser: Zur Zeit ist das Projekt ein reines Grundlagenforschungsprojekt. Wir hoffen, im zweiten und dritten Jahr Industriepartner an Bord zu holen. Zu diesem Zeitpunkt sollten die ersten Prototypen verfügbar sein.

Sehen Sie Risiken, dass sich solche Chips trotz allem fälschen lassen? Wenn der Aufwand für die Herstellung nicht so hoch wäre, könnte ja auch der Aufwand für eine Fälschung „tragbar“ sein, je nach kriminellem Ziel der Angreifer.

Professor Katzenbeisser: Ja, das ist ein potentielles Risiko. Daher werden wir im Projekt auch erforschen, wie „eindeutig“ die generierten Fingerabdrücke sind und ob sie sich mit den zur Fertigung eingesetzten Maschinen fälschen lassen.

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Über den Autor

Dipl.-Phys. Oliver Schonschek

Dipl.-Phys. Oliver Schonschek

IT-Fachjournalist, News Analyst und Commentator bei Insider Research