KIRAS Projekte 2009 - 2011

Silicon Malware
Studie zu Schadroutinen in Hardware­Komponenten
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„Silicon Malware“ beschäftigt sich mit den
Gefahren, die mit schädlicher Funktionalität in
Hardwarechips einhergehen, und erforscht
geeignete Gegenmaßnahmen.
Die Verbreitung von Informationstechnologie in nahezu
allen Lebensbereichen der industrialisierten Zivilisationen
bietet ein breites Feld an Angriffsvektoren.
Doch während bisher hauptsächlich softwarebasierte
Angriffe in Betracht gezogen und untersucht
wurden, haben hardwarebasierte Angriffe bisher
vergleichsweise wenig Interesse geweckt. Wenn
man sich aber vorstellt, dass Mikroprozessoren Schadcodes
(Malware) enthalten, über die Unberechtigte
auf sie zugreifen können oder die sie bei Bedarf sogar
fernsteuern können, lässt sich ein düsteres Szenario
für die Zukunft ausmalen.
Ein Angriff auf Hardwareebene unterscheidet sich
grundlegend von einem Angriff auf Softwareebene.
Anders als Software ist Hardware ein materielles
Gut, das nach seiner Fertigung nur noch bedingt verändert
werden kann. Auch lässt sich Hardware nicht
in so einfacher Weise vervielfältigen wie Software,
mitunter ist hier sehr großer Sach­ und Personalaufwand
und in weiterer Folge finanzieller Aufwand vonnöten.
Das Projekt „Silicon Malware“ widmet sich den Gefahren,
die sich aus kompromittierter Hardware ergeben.
Es werden systematisch die Schwachstellen
erforscht, die sich aus dem Entwicklungs­ und Produktionsprozess
für die gefertigte Hardware ergeben.
Weiters werden Strategien zur Verhinderung
dieser besonderen Form von Angriffen erforscht
werden. Bisherige Bemühungen, der Gefahr durch
bösartige Hardware zu begegnen, beschränken sich
auf akademische Modelle und Hypothesen. Da der
Markt zurzeit auf wenige Bereiche beschränkt ist
(militärische Anwendungen), sind bis dato keine
massenfähigen, allgemein anwendbaren Lösungen
entwickelt worden, um manipulierte Chips entdecken
und verhindern zu können.
Der moderne Hardwareproduktions­ und ­entwicklungsprozess
besteht aus zahlreichen Schritten und
dazugehörigen Schnittstellen. Es ist leicht einzusehen,
dass jeder dieser Prozessschritte sowie jeder
Übergang zwischen den Prozessschritten verwundbar
ist. So können bösegesinnte Entwickler schadhafte
Funktionalität direkt als Code in der Hardwarebeschreibung
einbringen. Weiters besteht die Möglichkeit,
dass zugekaufte Funktionalität in Form sogenannter
IP­Cores (IP – Intellectual Property) neben
der gewünschten Funktionalität auch schadhafte, ungewünschte
Funktionalität implementiert. Außerdem
ist nicht auszuschließen, dass die Fehler bzw.
zusätzliche Funktionalität von Softwaretools wie
Synthetisierern oder Place­and­Route­Werkzeugen
eingeschleust werden.
Während in der Entwurfs­ und Entwicklungsphase
eingeschleuste schadhafte Funktionalität durch Formalverifikation
oder Simulation ausfindig gemacht
werden kann, ist ein Erkennen nach der Fertigung
ausschließlich durch Logiktests und Nebenkanalanalyse
möglich:
● Formalverifikation. Formalverifikation ist eine
Methode, um die Gleichwertigkeit zweier Repräsentationen
eines Entwurfs zu überprüfen (Beispiel
Hardwarebeschreibung und Netzliste).
● Simulation. Durch Simulation kann durch Annehmen
von Zuständen und Eingangsbedingungen
und anschließendem Beobachten der Zustände und
Ausgänge das Verhalten eines Systems überprüft
werden.
● Logiktests. Bei Logiktests werden an Chipeingängen
Testmuster angelegt, an den Ausgängen
werden die tatsächlichen Ergebnisse mit den erwarteten
Ergebnissen verglichen. Das Problem dabei ist
eine nahezu unendliche Anzahl von Testmustern.
● Nebenkanalanalysen. Nebenkanalanalysen untersuchen
die nicht vordergründig zum Informationsaustausch
vorgesehenen physikalischen Größen eines
Chips wie beispielsweise Energieversorgung,
Temperatur und elektromagnetische Abstrahlung.
Durch Vergleich mit Referenzchips können manipulierte
Chips aufgefunden werden.