Современный чип — это уже не просто микросхема в пластиковом корпусе. Процессоры, микросхемы памяти и питания, часто производимые разными компаниями в разных странах, располагаются на общей подложке и соединены медными дорожками тоньше человеческого волоса. Любой, кто сможет составить карту этих дорожек, узнает, как устроена система. Он сможет клонировать ее, создать подделку или понять, куда внедрить вредоносную модификацию.
С каждым годом это становится все более важным. Ускорители искусственного интеллекта, оборонная электроника и критически важная инфраструктура — все это зависит от компонентов, которые проходят через множество рук (проектировщиков, производственных цехов, сборочных предприятий, испытательных лабораторий, дистрибьюторов), прежде чем их установят. Каждая передача — это возможность посмотреть, скопировать или подменить. Большая часть работ по обеспечению безопасности аппаратного обеспечения сосредоточена на самих чипах. Подложке, которая их соединяет, уделяется гораздо меньше внимания, хотя ее проводка фактически является основой всей системы.
У проектировщиков есть средства защиты: извилистые дорожки, ложные соединения, фиктивные переходные отверстия, которые никуда не ведут. Но у этих приемов есть один недостаток. Они фиксируются на этапе производства. Как только злоумышленник решает головоломку на одной доске, он получает доступ ко всем ее копиям.
Ученые из университета Флориды представили на 76-й конференции IEEE по электронным компонентам и технологиям (ECTC) в этом году реконфигурируемые микроэлектромеханические (МЭМС) переключатели — крошечные механические контакты, которые физически размыкаются и замыкаются, — размещаются в межсоединениях подложки, чтобы по команде можно было перенаправить критически важные соединения. При наличии правильного ключа переключатели замыкаются в нужной цепи. Без ключа злоумышленник не сможет определить, какие пути являются реальными.
При включении питания микроконтроллер сначала проверяет цифровой сертификат, выданный при производстве, чтобы убедиться, что оборудование подлинное и не было изменено при транспортировке. Затем он извлекает ключ из защищенного хранилища, привязанного к аппаратному корневому ключу. Блок MEMS проверяет ключ и, если он действителен, декодирует его в конфигурацию переключателя, соединяя, например, компонент A с компонентом D, оставляя при этом открытыми ложные пути. Поскольку маршрутизация осуществляется с помощью ключа, а не с помощью фиксированных медных проводников, она может отличаться на разных платах и может быть изменена позже. В представленной конструкции массивы переключателей также находятся под плотным экраном, препятствующим рентгеновскому излучению.
Набор программного комплекса SUBSTRATE-CLOAK. Комплекс принимает исходный список соединений и возвращает его в зашифрованном виде. Процесс состоит из четырех этапов: 1. Считывание топологии платы. 2. Оценка возможных мест установки микроэлектромеханических переключателей. 3. Окончательное определение мест установки. 4. Запись измененной схемы с установленными микроэлектромеханическими переключателями. Источник: 76-я конференция IEEE по электронным компонентам и технологиям (ECTC) (2026). DOI: 10.1109/ectc51846.2026.00120
Размер головоломки быстро увеличивается. Небольшая МЭМС-перекрестная матрица, в которой каждое пересечение может быть подключено, выключено или не задействовано, предлагает 120 возможных конфигураций в простейшем виде и более 3000 — при гибкой маршрутизации. В более крупных матрицах количество возможных конфигураций исчисляется миллионами и миллиардами. В одном из проанализированных исследователями четырехкомпонентных примеров количество возможных подключений достигло 2 в степени 119, что намного превышает возможности любого злоумышленника, пытающегося взломать систему методом перебора.
Чтобы этот подход работал, разработчики плат должны иметь возможность адаптировать его, не начиная работу с нуля. Поэтому исследователи создали SUBSTRATE-CLOAK — программный комплекс, который работает со стандартными файлами проектов. Он считывает список соединений платы, ранжирует соединения по степени их важности для безопасности и выбирает места для коммутаторов, учитывая критичность каждого компонента, дополнительную длину дорожек и степень загруженности каждого участка платы. Затем он вставляет коммутаторы, не затрагивая остальную часть проекта. Ученые продемонстрировали это на схемах плат в KiCad и подтвердили, что измененные схемы проходят стандартную проверку на соответствие проектным нормам
Источник: russianelectronics.ru