Study on building root of trust and preventing remote attacks for the security of cloud FPGA systems

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H03413
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60040:Computer system-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Hori Yohei 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (60530368)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今福 健太郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (10298169) ; 片下 敏宏 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90500215)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 情報セキュリティ / PUF / FPGA

Outline of Final Research Achievements

For the security of cloud FPGAs, we build the root of trust using a Physically Unclonable Function (PUF) on the FPGA. We developed the attack-resistant PUF with high uniqueness and steadiness that is suitable for FPGAs. We realized the multi-threshold arbitering scheme by placing multiple FFs in unbalanced positions. The experimental results show that our PUF achieves much higher attack resistance than the conventional arbiter PUF with the equivalent area and achieves equivalent attack resistance to previous PUFs with areas around several to dozens of times smaller.

Free Research Field

ハードウェアセキュリティ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、深層学習攻撃への耐性があり、ユニーク性や安定性の高いPUFをFPGA上において実現した。特に、非常に強力な攻撃手法とされる深層学習攻撃に対して、小面積でありながら高い防御性能を実現することができた。これにより、近年サービスが開始されたクラウドFPGA (FPGAaaS) を安全に利用する手法の一つが示されたと言える。