Insinyur Purdue Mengembangkan Desain Transistor Tersembunyi untuk Melindungi Chip dari Reverse Engineering
Seorang hacker dapat mereproduksi sirkuit pada chip dengan menemukan apa yang dilakukan oleh transistor kunci dalam sirkuit — tetapi tidak jika “tipe” transistor tidak terdeteksi. Insinyur Universitas Purdue telah menunjukkan cara untuk menyamarkan mana transistor mana dengan membangunnya dari lembaran bahan yang disebut fosfor hitam.
Reverse engineering chip adalah praktik umum — baik untuk hacker maupun perusahaan yang menyelidiki pelanggaran hak kekayaan intelektual. Peneliti juga mengembangkan teknik citra sinar-X yang tidak akan memerlukan sentuhan chip untuk reverse engineering-nya.
Pendekatan yang telah ditunjukkan oleh peneliti Purdue akan meningkatkan keamanan pada level yang lebih fundamental. 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 sirkuit. Ketika tegangan diterapkan, dua tipe transistor yang berbeda — tipe N dan tipe P — melakukan komputasi. Replikasi chip akan dimulai dengan mengidentifikasi transistor ini.
“Tetapi karena mereka sangat berbeda, alat yang tepat dapat secara jelas mengidentifikasinya — yang memungkinkan Anda pergi mundur, menemukan apa yang dilakukan oleh setiap komponen sirkuit individu dan kemudian mereproduksi chip,” kata Profesor Joerg Appenzeller. Jadi, jika dua tipe transistor ini tampil identik saat diperiksa, seorang hacker tidak akan dapat mereproduksi chip dengan reverse engineering sirkuit.
Tim Appenzeller menunjukkan dalam studi mereka, bahwa menyamarkan transistor dengan memfabrikasikannya dari bahan seperti fosfor hitam membuatnya mustahil untuk mengetahui mana transistor mana. Ketika tegangan mengubah tipe transistor, mereka tampil sama persis bagi seorang hacker.
Sementara penyamaran sudah menjadi langkah keamanan yang digunakan oleh produsen chip, biasanya dilakukan pada level sirkuit dan tidak mencoba untuk menyamarkan fungsionalitas transistor individu — membiarkan chip potensialmente rentan terhadap teknik reverse engineering hacking dengan alat yang tepat.
Metode penyamaran yang ditunjukkan oleh tim Appenzeller akan membangun kunci keamanan ke dalam transistor. Pendekatan itu akan membuat transistor tipe N dan P tampil sama pada level fundamental. Anda tidak bisa membedakannya tanpa mengetahui kunci. Bahkan produsen chip tidak akan dapat mengekstrak kunci ini setelah chip diproduksi. “Anda bisa mencuri chip, tetapi Anda tidak akan memiliki kunci,” kata Appenzeller.
Teknik penyamaran saat ini membutuhkan lebih banyak transistor untuk menyembunyikan apa yang terjadi dalam sirkuit. Tetapi menyembunyikan tipe transistor menggunakan bahan seperti fosfor hitam — bahan yang tipis seperti atom — membutuhkan lebih sedikit transistor, menempati lebih sedikit ruang dan daya serta menciptakan samaran yang lebih baik, kata para peneliti.
Ide untuk menyamarkan tipe transistor untuk melindungi kekayaan intelektual chip berasal dari teori oleh profesor Sharon Hu dari University of Notre Dame dan kolaborasinya. Biasanya, apa yang membedakan transistor tipe N dan P adalah bagaimana mereka mengaruhi arus. Transistor tipe N mengaruhi arus dengan mengangkut elektron sementara transistor tipe P menggunakan ketiadaan elektron, yang disebut lubang.
Fosfor hitam sangat tipis, tim menyadari, sehingga akan memungkinkan pengangkutan elektron dan lubang pada tingkat arus yang serupa, membuat dua tipe transistor tampil lebih fondamental sama. Itulah ketika mereka secara eksperimental menunjukkan kemampuan penyamaran transistor berbasis fosfor hitam. Transistor ini juga dikenal beroperasi pada tegangan rendah dari chip komputer pada suhu ruang karena zona mati yang lebih kecil untuk pengangkutan elektron, yang dijelaskan sebagai “band gap” kecil.
Namun meskipun keuntungan fosfor hitam, industri manufaktur chip lebih mungkin akan menggunakan bahan berbeda untuk mencapai efek penyamaran ini. “Industri mulai mempertimbangkan bahan 2D ultra tipis karena akan memungkinkan lebih banyak transistor muat pada chip, membuatnya lebih kuat. Meskipun fosfor hitam sedikit terlalu tidak stabil untuk kompatibel dengan teknik pemrosesan saat ini, menunjukkan secara eksperimental bagaimana bahan 2D dapat bekerja adalah langkah menuju mengetahui cara mengimplementasikan langkah keamanan ini,” kata Appenzeller.
