[논문 리뷰] Concerted wire lifting: enabling secure and cost-effective split manufacturing

Satwik Patnaik, Johann Knechtel외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 22.

Physical Unclonable Functions (PUFs) and Hardware Security참고 문헌 19인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 고유 셀을 사용하여 BEOL 레이어로 인터커넥트를 전략적으로 상승시켜 분할 제조의 보안성을 향상시키고 비용을 절감하는 새로운 방법인 Concerted Wire Lifting을 제안한다. 기준 테스트에서 넷리스트 복구 비율이 0%에 도달하여 문헌상 최초로 달성한 성과이며, PPA 오버헤드는 낮게 유지하면서도 상업적 비용을 줄였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 높은 비용-보안 트레이드오프로 인해 분할 제조가 널리 채택되지 않는 문제를 해결하기 위해.
• 게이트 수준의 IP 도용으로부터 인터커넥트를 보호할 수 있는 안전하고 효율적인 방법을 개발하기 위해.
• 보안성을 향상시키면서도 전력, 성능, 면적(Power, Performance, Area, PPA) 오버헤드를 최소화하기 위해.
• 최적화된 웨이어 리프팅을 통해 분할 제조와 관련된 상업적 비용을 낮추기 위해.
• IP 보호 효과를 정량적으로 측정할 수 있는 새로운 의미 있는 지표인 넷리스트 복구 비율(PNR, Percentage of Netlist Recovery)을 도입하기 위해.

제안 방법

• 역공학 공격를 방지하기 위해 인터커넥트를 BEOL 레이어로 상승시키는 웨이어 리프팅 기법을 제안한다.
• 레이아웃 수준에서 정밀하고 제어 가능한 웨이어 리프팅을 가능하게 하는 고유한 상승 셀을 설계한다.
• 게이트 수준의 IP 도용에 대한 저항력을 정량적으로 평가하기 위해 넷리스트 복구 비율(PNR, Percentage of Netlist Recovery) 지표를 도입한다.
• 보안성과 PPA 트레이드오프를 평가하기 위해 표준 벤치마크에 이 방법을 적용한다.
• 전력, 성능, 면적 오버헤드를 최소화할 수 있도록 리프팅 프로세스를 최적화한다.
• 재현 가능성과 보급을 촉진하기 위해 연구 공동체에 고유한 상승 셀을 공개한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 PPA 오버헤드를 최소화하면서도 보안성을 극대화할 수 있도록 인터커넥트를 BEOL 레이어로 상승시킬 수 있는가?
• RQ2 기존 기법 대비 넷리스트 복구 공격의 성공률은 얼마나 감소하는가?
• RQ3 기존 지표보다 PNR처럼 새로운 지표가 IP 보호 저항력의 정량적 측정에 더 의미 있는가?
• RQ4 분할 제조에서 웨이어 리프팅이 상업적 제조 비용에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 제안된 웨이어 리프팅 기법은 표준 벤치마크 전반에서 얼마나 제어 가능하고 확장 가능한가?

주요 결과

• 제안된 방법은 일반적으로 사용되는 벤치마크에서 정상적인 연결률(즉, 넷리스트 복구 가능성을 나타냄)을 0%로 낮추어 문헌상 최초의 성과를 달성했다.
• 전력, 성능, 면적(Power, Performance, Area, PPA) 오버헤드가 합리적이고 제어 가능한 수준에서 강력한 보안성을 확보했다.
• 넷리스트 복구 비율(PNR, Percentage of Netlist Recovery) 지표는 기존 지표보다 IP 보호 저항력의 정량적 측정에 더 의미 있는 방식으로 효과적으로 작용한다.
• 이 방법은 프로세스와 관련된 상업적 비용을 줄여 비용 효율적인 분할 제조를 가능하게 했다.
• 개발된 고유한 상승 셀은 공개되어 재현 가능성과 공동체의 보급을 지원한다.