Desain Transistor Baru Menyamarkan Perangkat Keras Chip Komputer Utama untuk Melindungi Terhadap Peretas
Seorang peretas dapat mereproduksi sirkuit pada sebuah chip dengan menemukan apa yang dilakukan transistor kunci dalam sebuah sirkuit — tetapi tidak jika "tipe" transistor tidak terdeteksi. Insinyur Universitas Purdue telah menunjukkan cara untuk menyamarkan transistor yang mana dengan membangunnya dari bahan seperti lembaran yang disebut fosfor hitam.
Chip rekayasa terbalik adalah praktik umum — baik untuk peretas maupun perusahaan yang menyelidiki pelanggaran kekayaan intelektual. Para peneliti juga mengembangkan teknik pencitraan sinar-x yang tidak perlu benar-benar menyentuh chip untuk merekayasa baliknya.
Pendekatan yang telah ditunjukkan oleh para peneliti Purdue akan meningkatkan keamanan pada tingkat yang lebih mendasar. Bagaimana produsen chip memilih untuk membuat desain transistor ini kompatibel dengan proses mereka akan menentukan ketersediaan tingkat keamanan ini.
Sebuah chip menghitung menggunakan jutaan transistor dalam sebuah rangkaian. Ketika tegangan diterapkan, dua jenis transistor yang berbeda - tipe N dan tipe P - melakukan perhitungan. Replikasi chip akan dimulai dengan mengidentifikasi transistor ini.
“Tetapi karena mereka sangat berbeda, alat yang tepat dapat dengan jelas mengidentifikasi mereka — memungkinkan Anda untuk mundur, mencari tahu apa yang dilakukan masing-masing komponen sirkuit dan kemudian mereproduksi chip tersebut,” kata Profesor Joerg Appenzeller. Jadi, jika kedua jenis transistor ini tampak identik saat diperiksa, peretas tidak akan dapat mereproduksi chip dengan merekayasa balik sirkuit.
Tim Appenzeller menunjukkan dalam penelitian mereka, bahwa menyamarkan transistor dengan membuat mereka dari bahan seperti fosfor hitam membuat mustahil untuk mengetahui transistor mana yang mana. Saat tegangan mengubah jenis transistor, mereka tampak sama persis bagi peretas.
Meskipun penyamaran sudah menjadi tindakan keamanan yang digunakan produsen chip, hal ini biasanya dilakukan di tingkat sirkuit dan tidak berusaha mengaburkan fungsi masing-masing transistor — membuat chip berpotensi rentan terhadap teknik peretasan rekayasa balik dengan alat yang tepat.
Metode penyamaran yang ditunjukkan oleh tim Appenzeller adalah membangun kunci keamanan ke dalam transistor. Pendekatan itu akan membuat transistor tipe N dan P terlihat sama pada tingkat fundamental. Anda tidak dapat benar-benar membedakannya tanpa mengetahui kuncinya. Bahkan produsen chip tidak akan dapat mengekstrak kunci ini setelah chip diproduksi. “Anda bisa mencuri chipnya, tetapi Anda tidak akan memiliki kuncinya,” kata Appenzeller.
Teknik kamuflase saat ini membutuhkan lebih banyak transistor untuk menyembunyikan apa yang terjadi di sirkuit. Tetapi menyembunyikan jenis transistor menggunakan bahan seperti fosfor hitam — bahan setipis atom — membutuhkan lebih sedikit transistor, memakan lebih sedikit ruang dan daya selain menciptakan penyamaran yang lebih baik, kata para peneliti.
Ide mengaburkan jenis transistor untuk melindungi kekayaan intelektual chip awalnya berasal dari teori oleh profesor Universitas Notre Dame Sharon Hu dan kolaboratornya. Biasanya, apa yang membedakan transistor tipe N dan P adalah bagaimana mereka membawa arus. Transistor tipe N membawa arus dengan mengangkut elektron sedangkan transistor tipe P menggunakan ketiadaan elektron, yang disebut hole.
Fosfor hitam sangat tipis, tim menyadari, bahwa hal itu akan memungkinkan transpor elektron dan lubang pada tingkat arus yang sama, membuat kedua jenis transistor tampak lebih fundamental sama. Saat itulah mereka secara eksperimental menunjukkan kemampuan kamuflase transistor berbasis fosfor hitam. Transistor ini juga diketahui beroperasi pada tegangan rendah dari chip komputer pada suhu kamar karena zona mati yang lebih kecil untuk transpor elektron, yang digambarkan sebagai “celah pita” kecil.
Namun terlepas dari kelebihan fosfor hitam, industri manufaktur chip kemungkinan besar akan menggunakan bahan yang berbeda untuk mencapai efek kamuflase ini. “Industri mulai mempertimbangkan material 2D ultra tipis karena akan memungkinkan lebih banyak transistor untuk dipasang pada sebuah chip, membuatnya lebih kuat. Meskipun fosfor hitam sedikit terlalu mudah berubah untuk kompatibel dengan teknik pemrosesan saat ini, menunjukkan secara eksperimental bagaimana bahan 2D dapat bekerja adalah langkah untuk mencari tahu bagaimana menerapkan tindakan keamanan ini, ”kata Appenzeller.
