[논문 리뷰] LDPUF: Exploiting DRAM Latency Variations to Generate Robust Device Signatures.

B. M. S. Bahar Talukder, Biswajit Ray외 3명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 07.

Physical Unclonable Functions (PUFs) and Hardware Security인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 사전 충전 지연 시간의 변동성을 활용하여 강력하고 비파괴적이며 빠른 장치 서명을 생성하는 새로운 DRAM 기반 PUF인 LDPUF를 제안한다. 이는 기존 방법 대비 최소 4,300배 빠른 속도를 달성하면서 극한 조건에서도 신뢰할 수 있는 키 재생산을 유지한다.

ABSTRACT

Physically Unclonable Functions (PUFs) are potential security blocks to generate unique and more secure keys in low-cost cryptographic applications. Memories have been popular candidates for PUFs because of their prevalence in the modern electronic systems. However, the existing techniques of generating device signatures from DRAM is very slow, destructive (destroy the current data), and disruptive to system operation. In this paper, we propose latency-based (precharge) PUF which exploits DRAM precharge latency to generate signatures. Our proposed methodology for key generation is fast, robust, least disruptive, and non-destructive. The silicon results from DDR3 chips show that the proposed key generation technique is at least ~4,300X faster than the existing approaches, while reliably reproducing the key in extreme operating conditions.

연구 동기 및 목표

• 기존 DRAM 기반 PUF 기술이 파괴적 또는 교란적인 운영을 필요로 하는 느린 속도와 문제를 해결한다.
• 내재된 DRAM 지연 시간 변동성을 활용해 고유한 장치 서명을 생성하는 비파괴적이고 저비용의 방법을 개발한다.
• 온도 및 전압 변동과 같은 극한 운영 조건에서도 강력한 키 재생산을 보장한다.
• 저비용이며 자원이 제한된 암호 시스템에 PUF를 실용적으로 구현할 수 있도록 한다.

제안 방법

• 메모리 셀 간 DRAM 사전 충전 지연 시간의 내재된 변동성을 물리적 난수의 원천으로 활용한다.
• 기존 데이터를 수정하거나 손상시키지 않고 사전 충전 지연 시간을 측정하는 키 생성 프로토콜을 설계한다.
• 지연 시간 측정치의 통계적 분석을 통해 안정적이고 고유한 장치 서명을 추출한다.
• 성능 및 신뢰성 검증을 위해 DDR3 메모리 칩에 이 방법을 구현한다.
• 표준 메모리 접근 타이밍 내에서 작동하고 특수 하드웨어가 필요 없도록 하여 최소한의 시스템 교란을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 데이터를 손상시키지 않고 DRAM 사전 충전 지연 시간의 변동성을 신뢰성 있게 활용해 고유한 장치 서명을 생성할 수 있는가?
• RQ2 기존 DRAM 기반 PUF 기술 대비 제안된 LDPUF 방법의 속도는 어떻게 비교되는가?
• RQ3 극한의 운영 조건에서 LDPUF는 키 재생산을 어느 정도 유지하는가?
• RQ4 이 방법은 정상적인 시스템 운영에 최소한의 영향을 미치며 구현될 수 있는가?

주요 결과

• LDPUF는 기존 DRAM 기반 PUF 접근 방식 대비 최소 4,300배 빠른 키 생성 속도를 달성한다.
• 이 방법은 비파괴적이며 키 생성 중 기존 데이터를 그대로 유지한다.
• 극한의 온도 및 전압 변동 조건에서도 키 재생산이 안정적으로 유지된다.
• DDR3 칩에서의 실리콘 평가를 통해 제안된 기술의 실현 가능성과 강건성을 확인한다.