[論文レビュー] Concerted wire lifting: enabling secure and cost-effective split manufacturing

Satwik Patnaik, Johann Knechtel+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2018

Physical Unclonable Functions (PUFs) and Hardware Security参考文献 19被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、カスタムセルを用いてBEOLレイヤーに配線を戦略的に上方配置することで、スプリット製造におけるセキュリティ向上とコスト削減を図る新規手法、Concerted Wire Liftingを提案する。ベンチマークにおいて、ネットリスト回復率が0%に低下し、文献上初の成果を達成した。PPAオーバーヘッドは低く抑えられ、商業的コストも削減された。

ABSTRACT

Here we advance the protection of split manufacturing (SM)-based layouts through the judicious and well-controlled handling of interconnects. Initially, we explore the cost-security trade-offs of SM, which are limiting its adoption. Aiming to resolve this issue, we propose effective and efficient strategies to lift nets to the BEOL. Towards this end, we design custom elevating cells which we also provide to the community. Further, we define and promote a new metric, Percentage of Netlist Recovery (PNR), which can quantify the resilience against gate-level theft of intellectual property (IP) in a manner more meaningful than established metrics. Our extensive experiments show that we outperform the recent protection schemes regarding security. For example, we reduce the correct connection rate to 0% for commonly considered benchmarks, which is a first in the literature. Besides, we induce reasonably low and controllable overheads on power, performance, and area (PPA). At the same time, we also help to lower the commercial cost incurred by SM.

研究の動機と目的

• 高いコスト-セキュリティトレードオフにより、スプリット製造の導入が限定的であるという問題に対処する。
• ゲートレベルのIP盗難から配線を保護する、安全で効率的な手法を開発する。
• セキュリティを向上させつつ、パワー、パフォーマンス、アレイ（PPA）のオーバーヘッドを最小限に抑える。
• 最適化されたワイヤリフト技術を通じて、スプリット製造に伴う商業的コストを低減する。
• IP保護の効果をより的確に測定できる新たな指標、Netlist回復率の割合（PNR）を導入する。

提案手法

• 逆工程を防ぐために、配線をバックエンドオブライン（BEOL）レイヤーに上方配置するワイヤリフト技術を提案する。
• レイアウトレベルでの正確で制御可能なワイヤリフトを可能にするカスタム上昇セルを設計する。
• ゲートレベルのIP盗難に対する耐性を定量的に評価するため、Netlist回復率の割合（PNR）指標を導入する。
• セキュリティとPPAトレードオフを評価するため、標準ベンチマークにこの手法を適用する。
• パワー、パフォーマンス、アレイのオーバーヘッドを最小限に抑えるために、リフトプロセスを最適化する。
• 研究コミュニティにカスタム上昇セルを公開することで、再現性の向上と採用促進を図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、PPAオーバーヘッドを最小限に抑えながら、配線をBEOLに上方配置できるか？
• RQ2 提案手法は、先行研究と比較して、ネットリスト回復攻撃の成功率をどの程度低減するか？
• RQ3 PNRのような新しい指標は、従来の指標よりもIP保護の耐性をより的確に定量化できるか？
• RQ4 スプリット製造におけるワイヤリフトの影響は、商業的製造コストにどのような影響を及けるか？
• RQ5 提案手法のワイヤリフト技術は、標準ベンチマーク全体にわたり、どの程度の制御性とスケーラビリティを有するか？

主な発見

• 提案手法は、一般的に使用されるベンチマークにおいて、正しく接続される確率（＝ネットリスト回復の指標）を0%に低下させ、文献上初の成果を達成した。
• パワー、パフォーマンス、アレイ（PPA）のオーバーヘッドが低く抑えられ、制御可能である一方で、強固なセキュリティを実現した。
• Netlist回復率の割合（PNR）指標は、従来の指標よりもIP保護の耐性をより意味のある形で定量化できることが有効に示された。
• プロセスに伴う商業的コストを低減できるため、コスト効率の良いスプリット製造を実現した。
• 開発されたカスタム上昇セルは公開されており、再現性の向上とコミュニティによる採用を支援している。