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Karlsruher Institut für Technologie

Manipulationsschutz für Sensoren

03. Mai 2021, 15:47 Uhr   |  Markus Haller

Manipulationsschutz für Sensoren
© Alexander Scholz, HS Offenburg und KIT

PUF-Kern für die eindeutige Identifikation eines Bauteils oder die sichere Verschlüsselung von Datenströmen.

Das KIT entwickelt Sicherheitsschaltungen für Sensoren. Genutzt wird dazu gedruckte Elektronik. Der Vorteil: Das Design muss nicht aus der Hand gegeben werden.

Wie andere Produktgruppen sind auch Sensoren Ziel von Plagiarismus und Sensordaten können durch externe Angreifer manipuliert werden. Gerade für Sensoren, die zur Überwachung von Sensiblen Produktionsprozessen oder Sicherheitsfunktionen eingesetzt werden, spielt Manipulations- und Fälschungsschutz eine große Rolle. »Zurzeit basiert Informationssicherheit in diesen Anwendungen vor allem auf Software-Algorithmen. Aber keine Software ist perfekt. Daher müssen wir auch über die Hardware für Sicherheit sorgen«, erklärt Professorin Jasmin Aghassi-Hagmann, Leiterin der Forschungsgruppe Low Power Electronics with Advanced Materials am Institut für Nanotechnologie (INT) des KIT. Die Arbeitsgruppe setzt Sicherheitsfunktionen mit Bausteine um, die sich im Druckverfahren (Additive Fertigung) selbst herstellen lassen. »Mithilfe solcher Bauteile können wir Sicherheitsfunktionen nachträglich einbauen, ohne das Design dafür an den Hersteller abgeben zu müssen.«

Sicherheitsmerkmal aus Produktionsschwankungen

Das INT ist am Verbundprojekt »sensIC« beteiligt, das vom BMBF mit 2,9 Mio. Euro gefördert wird. Weitere 1,35 Mio. Euro bringen die beteiligten Industriepartner mit ein. Im Projekt wird additiv gefertigte Elektronik mit Siliziumkomponenten kombiniert und sicher in Produkte integriert. Ein Beispiel sind hybrid integrierte Sensorschaltungen, die in Schläuche für Automotive- und Industrieanwendungen eingebaut werden.

Die INT-Forschungsgruppe um Prof. Aghassi-Hagmann entwickelt für sensIC gedruckte Sicherheitsschaltungen mit sog. Physical Unclonable Functions (PUFs). Bei PUFs handelt es sich um hardwarebasierte Funktionen, die aufgrund kleinster Schwankungen im Produktionsprozess entstehen. So kommt es in der gedruckten Elektronik durch die grobe Druckauflösung sowie die verwendeten Materialien und Tinten zu Variationen. Eine PUF wertet diese Schwankungen aus und erzeugt daraus ein individuelles Signal, das sozusagen als digitaler Fingerabdruck fungiert und eine eindeutige Identifikation des Bauteils oder die sichere Verschlüsselung von Informationen ermöglicht. In einer kürzlich in der Zeitschrift Nature Communications erschienenen Publikation haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT und der Hochschule Offenburg eine auf Metalloxid-Dünnschicht-Bauteilen basierende hybride PUF vorgestellt, die gedruckte Elektronik und Siliziumtechnologie kombiniert. Diese PUF eignet sich dafür, im Internet der Dinge, in dem Menschen mit Maschinen sowie Maschinen miteinander kommunizieren, Geräte abzusichern und Daten zu schützen.

Optische Sicherheitsmerkmale

Das Projekt sensIC ergänzt für Anwendungen in Industrie und Automotive die PUFs als elektronische Identifizierungsmerkmale um optische Identifizierungsmerkmale, entwickelt von der Firma Polysecure: Eingebettete Fluoreszenzpartikel bilden prozessbedingt zufällige und daher nicht kopierbare Muster. Diese Partikelmuster werden während des Produktionsprozesses registriert und erlauben die eindeutige Identifizierung des Bauteils sowie einen zusätzlichen Tamperschutz gegen Hardwaremanipulationen.

Publikation in Nature Research
Alexander Scholz, Lukas Zimmermann, Ulrich Gengenbach, Liane Koker, Zehua Chen, Horst Hahn, Axel Sikora, Mehdi B. Tahoori & Jasmin Aghassi-Hagmann: Hybrid low-voltage physical unclonable function based on inkjet-printed metal-oxide transistors. Nature Communications. Nature Research, 2020. DOI: 10.1038/s41467-020-19324-5
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19324-5

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