Hardware Trojans: implementations and testing

Abstract

El Desarrollo de circuitos integrados hoy en día es un proceso global, con varios actores, desde equipos de diseño hasta fábricas repartidas por el mundo interviniendo en el diseño de un único circuito integrado. Este esquema de producción global ha abierto la puerta para que agentes malintencionados inserten modificaciones a la estructura interna del diseño, con la intención de interrumpir el funcionamiento normal del circuito, esta modificación es conocida como un troyano de hardware. En el proyecto se diseña e implementa un troyano de hardware en un par de circuitos de cifrado simples, uno de ellos controlado por una máquina de estados. El enfoque principal del proyecto es en dispositivos FPGA. Utilizando VHDL la estructura interna del circuito será diseñada, estudiada para encontrar posibles vulnerabilidades, las cuales serán aprovechadas para la inserción del troyano de hardware. El troyano intentará denegar la función de encriptado, y, en el caso del segundo circuito, interrumpir el funcionamiento de la máquina de estados. Utilizando los conocimientos obtenidos del ataque al circuito, posibles estrategias de defensa serán desarrolladas para cada circuito, implementado técnicas como Design for Security y desarrollando un testbench MERO. Para fnalizar, se propondrá una metodología estándar para la defensa de troyanos de hardware en la fase de diseño.

Modern integrated circuit production is a global process in which various design houses and foundries from over the world intervene in the design and fabrication of a single circuit. This global production process has opened the door for malicious agents to insert modifications in the internal structure of the design, known as hardware trojans, in order to disrupt the intended functionality of the design. The project designs and implements a hardware trojan in a pair of simple encryption circuits, one of which is controlled by a state machine. The main focus of the project is on FPGA devices, so using VHDL the internal structure of the circuit will be designed, studied to find possible vulnerabilities, and said vulnerabilities will be exploited to insert a hardware trojan in the design. The trojans will aim to deny encryption efforts, and in the case of the second circuit, also disrupt the state machine flow. Then, using the knowledge gained from the attack on the circuit, possible defense strategies will be developed for each circuit, implementing modern techniques such as Design for Security and exploring MERO testbenches. Finally, a global conclusion on a standard methodology for hardware trojan defense at the design stage will be proposed.