新型智能热监控系统：应对新型黑客攻击，保证芯片安全！

近日，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员正在研发新型智能自监控系统，它可以实时监测处理器的热图像，应对未来新型黑客攻击和安全威胁。

背景

电子行业的技术进展，例如：速度更快、成本更低、尺寸更小，为我们带来了全新的工业自动化和工业制造，“工业4.0”的实现正是基于这些进展。过去这些年来，尤其值得我们注意的就是：电子器件小型化这一趋势，笔者在过去的文章中也多次介绍过。

然而，任何事物都有两面性，电子器件小型化有阳光的一面，也有阴暗的一面。因为，低于10纳米的工艺制造出的处理器都将是高度敏感的。黑客可以使之超负荷承载特定的错误控制指令，发起人为的老化攻击，几天之内便可毁坏处理器。

创新

近日，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员正在研发新型智能热自监控系统，它可以实时监测处理器的热图像，应对未来新型黑客攻击和安全威胁。

（图片来源：参考资料【3】）

技术

许多文献都记载了对于信息物理系统中进程的网络攻击。攻击者会植入恶意软件，在嵌入式控制系统的后台运行。这种恶意软件会泄露数据、破坏进程，为未经授权的用户提供访问权，并导致灾难性结局。实际上，网络安全对于科研界、产业界、政府来说都非常重要。

然而，计算机芯片的小型化，让黑客有了一种新的攻击途径，他们可以利用老化机制对于计算机芯片构成威胁。老化现象会永久或者暂时地危及芯片上的系统功能，带来新型的安全攻击。这些攻击不像过去几十年集中研究的传统安全攻击那样，它们无法回溯，因为潜在的机制在攻击结束后会自然恢复。因此，这种由老化效应引起的新型安全攻击颇具挑战性，相关研究才刚刚起步。

（图片来源：参考资料【2】）

德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）正在研发的新方案基础是：在处理器运行期间识别热图像。嵌入式系统（CES）教授、研究团队领头人 Jörg Henkel 表示：“每个芯片都会产生特定的热指纹。在进行计算时，有些数据存储在内存中或者从硬盘中检索。所有这些操作都会在处理器各个区域，产生短期的加热和冷却。”

（图片来源：参考资料【2】）

Henkel 的团队通过灵敏的红外摄像头检测这些图案，并且通过最小的温度变化或者几毫秒的时间偏差，来重现控制例程中的变化。安装红外摄像头表明热监测是可行的。未来，芯片上的传感器将具有摄像头功能。“我们将增加传感器的数量，并首次将它们用于网络安全。”此外，科学家们要为芯片装备神经网络，用于识别热偏差和实时监测芯片。

Jörg Henkel 团队的合作和伙伴、计算机科学家 Hussam Amrouch 表示：“一旦黑客知道我们在检测温度，他们也会采取措施。他们将写出更小或者更慢的程序，这些程序的发热情况将更难识别。”因此，从一开始，神经网络就被训练用于识别改进的威胁。

价值

该系统有望集成到新一代计算机芯片中，应对新的安全威胁。研究人员认为，这种智能热控制系统有望首先应用于工业电脑。因为工业电脑执行大量的静态控制程序，所以其中的偏差比智能手机中的更容易区分。

关键字

芯片、安全、电子

参考资料

【1】http://www.kit.edu/kit/english/pi_2018_003_smart-heat-control-of-microchips.php

【2】Hussam Amrouch, Prashanth Krishnamurthy, Naman Patel, Jörg Henkel, Ramesh Karri, Farshad Khorrami, "Emerging (Un-)Reliability Based Security Threats and Mitigations for Embedded Systems" in IEEE/ACM International Conference on Compilers, Architecture, and Synthesis for Embedded Systems (CASES'17), OCTOBER 15-20, Seoul, South Korea, 2017, http://ces.itec.kit.edu/img/CASES17.pdf

【3】Hussam Amrouch, Jörg Henkel, "Lucid Infrared Thermography of Thermally-Constrained Processors" in ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design (ISLPED'15), Rome, Italy, July 22-24, 2015, http://cesweb.itec.kit.edu/~amrouch/dependable_hardware_pdfs/Lucid_Infrared_Thermography_of_Thermally_Constrained_Processors.pdf