RU2755153C1 - Method for radio wave authentication of microprocessor devices - Google Patents

Method for radio wave authentication of microprocessor devices Download PDF

Info

Publication number
RU2755153C1
RU2755153C1 RU2021103796A RU2021103796A RU2755153C1 RU 2755153 C1 RU2755153 C1 RU 2755153C1 RU 2021103796 A RU2021103796 A RU 2021103796A RU 2021103796 A RU2021103796 A RU 2021103796A RU 2755153 C1 RU2755153 C1 RU 2755153C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microprocessor
samples
values
correlation
radio wave
Prior art date
Application number
RU2021103796A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Анатольевич Бойков
Original Assignee
Константин Анатольевич Бойков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Константин Анатольевич Бойков filed Critical Константин Анатольевич Бойков
Priority to RU2021103796A priority Critical patent/RU2755153C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755153C1 publication Critical patent/RU2755153C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

FIELD: ultra-wideband radio imaging.SUBSTANCE: invention relates to the field of ultra-wideband radio imaging and can be used to authenticate microprocessor devices by constructing and analyzing their radio images. A method for radio wave authentication of microprocessor devices is proposed, using the registration of the electrical component of the electromagnetic radiation of the microprocessor and its subordinate periphery, after the supply voltage is applied to the device, at the time of configuring the processor for operation.EFFECT: ability to remotely identify the microprocessor device.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области сверхширокополосного радиовидения и может быть использовано для аутентификации микропроцессорных устройств, посредством построения и анализа их радиоизображений.The invention relates to the field of ultra-wideband radio imaging and can be used to authenticate microprocessor devices by constructing and analyzing their radio images.

Одним из инновационных способов защиты электроники от несанкционированного копирования в современных задачах технического противодействия реинжинирингу являются физически неклонируемые функции (ФНФ), основанные на использовании технологического разброса (погрешности технологических слоев) изготовления интегральных схем: значений пороговых и опорных напряжений, задержек распространения сигналов, частотного диапазона функционирования отдельных компонентов. [Реинжиниринг радиоэлектронных средств: монография / М.С. Костин, Д.С. Воруничев. - М.: Московский технологический университет (МИРЭА), 2018. - 130 с].One of the innovative ways to protect electronics from unauthorized copying in modern problems of technical counteraction to reengineering are physically non-clonable functions (FNF), based on the use of technological spread (errors of technological layers) in the manufacture of integrated circuits: values of threshold and reference voltages, signal propagation delays, frequency range of operation individual components. [Reengineering of radio electronic means: monograph / M.S. Kostin, D.S. Vorunichev. - M .: Moscow Technological University (MIREA), 2018. - 130 s].

В стандартном процессе проектирования разработчики цифровых устройств стремятся уменьшить влияние вариаций на конечный продукт. В случае ФНФ, напротив, данное неконтролируемое явление технологических процессов на производстве электроники используется для извлечения случайности и уникальности микропроцессорного устройства [С Herder, L. Ren, М. van Dijk, M-D. Yu, and S. Devadas, "Trapdoor Computational Fuzzy Extractors and Cryptographically-Secure Physical Unclonable Functions", IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, January 2017].In the standard design process, digital designers strive to reduce the impact of variation on the final product. In the case of FNF, on the contrary, this uncontrolled phenomenon of technological processes in the production of electronics is used to extract the randomness and uniqueness of the microprocessor device [C Herder, L. Ren, M. van Dijk, M-D. Yu, and S. Devadas, "Trapdoor Computational Fuzzy Extractors and Cryptographically-Secure Physical Unclonable Functions", IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, January 2017].

Недостатком ФНФ является необходимость введения специализированных компонентов в топологию печатной платы электронного устройства, диагностика с использованием специальной измерительной техники, подачей тестовых измерительных сигналов при полной разборке корпуса, либо выведением дополнительного контактного разъема. Таким образом, в каждом случае, чтение ответов на запросы ФНФ возможно лишь при затрате длительного времени, связанного в основном с получением доступа к источнику ФНФ и их обследованием.The disadvantage of FNF is the need to introduce specialized components into the topology of the printed circuit board of an electronic device, diagnostics using special measuring equipment, by supplying test measuring signals when the case is completely disassembled, or by removing an additional contact connector. Thus, in each case, reading the answers to FNF requests is possible only if it takes a long time, which is mainly associated with gaining access to the FNF source and examining them.

В качестве эффективного радиотехнического решения аутентификации микропроцессорных устройств в настоящем изобретении предлагается использование регистрации электрической составляющей электромагнитных излучений микропроцессора с последующей обработкой и анализом.As an effective radio engineering solution for authentication of microprocessor devices, the present invention proposes the use of registration of the electrical component of electromagnetic radiation from a microprocessor with subsequent processing and analysis.

Технический результат, достигаемый в настоящем изобретении, заключается в возможности дистанционной аутентификации микропроцессорного устройства после подачи на него питающего напряжения, в момент конфигурирования процессора на функционирование.The technical result achieved in the present invention consists in the possibility of remote authentication of the microprocessor device after the supply voltage is applied to it, at the time of configuring the processor for operation.

Указанный технический результат достигается благодаря предложенной в настоящем изобретении регистрации электрической составляющей электромагнитных излучений (радиоизображения), существующих в диапазоне частот от единиц Гц до десятков ГГц, создаваемых самими техническими средствами, с последующей постобработкой методами прямого или стробоскопического масштабно-временного преобразования. Иными словами, излучаемые микропроцессорным устройством сверхкороткие импульсы (СКИ) необходимо обнаружить и принять, затем восстановить во временной области и провести корреляционный анализ с репером.The specified technical result is achieved due to the proposed in the present invention registration of the electrical component of electromagnetic radiation (radio image) existing in the frequency range from units of Hz to tens of GHz, created by the technical means themselves, with subsequent post-processing by methods of direct or stroboscopic time scale transformation. In other words, ultrashort pulses (SQP) emitted by a microprocessor device must be detected and received, then reconstructed in the time domain and a correlation analysis with a reference should be carried out.

На фиг. 1 показан принцип применения представленного изобретения: фиг. 1а - блок-схема измерительного стенда для приема радиоизображения (фиг. 1б), получаемого при подаче питающего напряжения на микропроцессорное устройство (7).FIG. 1 shows the principle of application of the present invention: FIG. 1a is a block diagram of a measuring stand for receiving a radio image (Fig. 1b), obtained when a supply voltage is applied to a microprocessor device (7).

Принятый логопериодической антенной (2) СКИ (4), обнаруживается и регистрируется сверхбыстродействующим осциллографом реального времени (3) с возможностью корреляционного анализа полученных значений.Received by the log-periodic antenna (2) SQI (4), is detected and recorded by an ultra-high-speed real-time oscilloscope (3) with the possibility of correlation analysis of the obtained values.

На фиг. 1б отчетливо видна область конфигурирования микропроцессора на функционирование (4), а также его взаимодействие с периферией (5).FIG. 1b clearly shows the area of configuring the microprocessor for operation (4), as well as its interaction with the periphery (5).

На фиг. 2а, б представлено детализированное радиоизображение, полученное в момент конфигурирования микропроцессора на функционирование на двух идентичных приборах.FIG. 2a, b shows a detailed radio image obtained at the time of configuring the microprocessor to operate on two identical devices.

Для сравнения представленных радиоизображений достаточно вычислить их взаимную корреляцию r:To compare the presented radio images, it is sufficient to calculate their cross-correlation r:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- выборки значений сигнала фиг. 2a,
Figure 00000003
- выборки значений сигнала фиг. 2б,
Figure 00000004
- средние значения выборок, М - число выборок.where
Figure 00000002
- samples of the signal values of FIG. 2a,
Figure 00000003
- samples of the signal values of FIG. 2b,
Figure 00000004
- average values of samples, M - number of samples.

При числе выборок М=100, взаимная корреляция r<0,7, что говорит о существенном различии исследуемых радиоизображений. Одновременно с этим, оценивая воспроизводимость радиоизображений для одного и тоже микропроцессорного устройства, при числе выборок М=100 взаимная корреляция r>0,9, что говорит о существенном сходстве исследуемых импульсов.With the number of samples M = 100, the cross-correlation r <0.7, which indicates a significant difference in the studied radio images. At the same time, evaluating the reproducibility of radio images for the same microprocessor device, with the number of samples M = 100, the cross-correlation r> 0.9, which indicates a significant similarity of the pulses under study.

На фиг. 3 представлено радиоизображение, полученное в момент конфигурации микропроцессора (фиг. 3а), и подчиненной ему периферии (фиг. 3б - включение порта общего назначения, фиг. 3в - включение аналого-цифрового преобразователя).FIG. 3 shows the radio image obtained at the time of the configuration of the microprocessor (Fig. 3a), and its subordinate periphery (Fig. 3b - switching on a general-purpose port, Fig. 3c - switching on an analog-to-digital converter).

Таким образом, предлагаемый метод не требует введения специализированных компонентов в топологию печатной платы электронного устройства, позволяя дистанционно, без разбора корпуса, без выведения дополнительного контактного разъема, провести его аутентификацию, снижая трудоемкость и сокращая время на проведение исследования.Thus, the proposed method does not require the introduction of specialized components into the topology of the printed circuit board of an electronic device, allowing it to be authenticated remotely, without disassembling the case, without removing an additional contact connector, reducing labor intensity and reducing the time for conducting research.

Claims (3)

Способ радиоволновой аутентификации микропроцессорных устройств, использующий регистрацию электрической составляющей электромагнитных излучений микропроцессора и подчиненной ему периферии, принятых логопериодической антенной после подачи питающего напряжения на устройство, в момент конфигурирования процессора на функционирование, посредством сверхбыстродействующего осциллографа реального времени, с последующей постобработкой сигнала методами прямого или стробоскопического масштабно-временного преобразования и вычислением взаимной корреляции полученных значений с репером с возможностью корреляционного анализа полученных значений в соответствии с представленной математической зависимостью A method for radio wave authentication of microprocessor devices, using the registration of the electrical component of the electromagnetic radiation of the microprocessor and its subordinate periphery, received by a log-periodic antenna after supplying a supply voltage to the device, at the time of configuring the processor for operation, by means of an ultra-high-speed real-time oscilloscope, followed by post-processing of the signal using direct or stroboscopic scale-up methods -temporal transformation and calculation of the cross-correlation of the obtained values with the benchmark with the possibility of correlation analysis of the obtained values in accordance with the presented mathematical dependence
Figure 00000005
Figure 00000005
 где
Figure 00000006
- выборки значений репера,
Figure 00000007
- выборки значений принятого сигнала,
Figure 00000008
Figure 00000009
- средние значения выборок, М - число выборок, при числе выборок не менее 100 и взаимной корреляции репера и принятого сигнала r>0,9 определяют микропроцессорное устройство как являющееся идентичным прибором.where
Figure 00000006
- sampling of the benchmark values,
Figure 00000007
- samples of values of the received signal,
Figure 00000008
Figure 00000009
- the average values of the samples, M - the number of samples, with the number of samples not less than 100 and the cross-correlation of the reference and the received signal r> 0.9, the microprocessor device is determined as being an identical device.
RU2021103796A 2021-02-16 2021-02-16 Method for radio wave authentication of microprocessor devices RU2755153C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103796A RU2755153C1 (en) 2021-02-16 2021-02-16 Method for radio wave authentication of microprocessor devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103796A RU2755153C1 (en) 2021-02-16 2021-02-16 Method for radio wave authentication of microprocessor devices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755153C1 true RU2755153C1 (en) 2021-09-13

Family

ID=77745437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021103796A RU2755153C1 (en) 2021-02-16 2021-02-16 Method for radio wave authentication of microprocessor devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755153C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2772607C1 (en) * 2021-10-18 2022-05-23 Константин Анатольевич Бойков Method for composite signal decomposition using correlation feedback

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2096829C1 (en) * 1995-08-24 1997-11-20 Олег Евгеньевич Антонов Method for object detection and recognition
RU2504800C1 (en) * 2012-06-07 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Method of forming radio portrait of object by frequency division parallel processing
EP2911335A1 (en) * 2014-02-21 2015-08-26 The European Union, represented by the European Commission Physical uncloneable function based anti-counterfeiting system
RU2639689C1 (en) * 2016-12-09 2017-12-21 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Device for detecting and recognizing objects
RU2019122121A (en) * 2016-12-21 2021-01-22 Мерк Патент Гмбх BASED ON PHYSICALLY NON-DECLONED FUNCTIONS, INTEGRATED ANTI-COUNTERFEIT SECURITY LABEL

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2096829C1 (en) * 1995-08-24 1997-11-20 Олег Евгеньевич Антонов Method for object detection and recognition
RU2504800C1 (en) * 2012-06-07 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Method of forming radio portrait of object by frequency division parallel processing
EP2911335A1 (en) * 2014-02-21 2015-08-26 The European Union, represented by the European Commission Physical uncloneable function based anti-counterfeiting system
RU2639689C1 (en) * 2016-12-09 2017-12-21 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Device for detecting and recognizing objects
RU2019122121A (en) * 2016-12-21 2021-01-22 Мерк Патент Гмбх BASED ON PHYSICALLY NON-DECLONED FUNCTIONS, INTEGRATED ANTI-COUNTERFEIT SECURITY LABEL

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2772607C1 (en) * 2021-10-18 2022-05-23 Константин Анатольевич Бойков Method for composite signal decomposition using correlation feedback

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hayashi et al. A threat for tablet pcs in public space: Remote visualization of screen images using em emanation
Truong et al. Machine learning cryptanalysis of a quantum random number generator
Zhang et al. Investigation of unintentional video emanations from a VGA connector in the desktop computers
EP3246717B1 (en) On-chip monitor circuit and semiconductor chip
Chuma et al. A movement detection system using continuous-wave Doppler radar sensor and convolutional neural network to detect cough and other gestures
Hayashi et al. Remote visualization of screen images using a pseudo-antenna that blends into the mobile environment
JP7250817B2 (en) Method and system for generating random bit samples
Kuznetsov et al. Cross-correlation analysis of the cyclostationary near-field unintentional radiations from the PCB
CN106443183A (en) Method for extracting quantity of frequency sources and fundamental frequency values from electromagnetic spectra
RU2755153C1 (en) Method for radio wave authentication of microprocessor devices
Thomas et al. Near-field scanning of stochastic fields considering reduction of complexity
Xu et al. Shielding effectiveness measurement of an electrically large enclosure using one antenna
US20150346254A1 (en) Noise immunity evaluation apparatus, method of evaluating noise immunity, and non-transitory computer readable medium
CN109239466B (en) Network test system based on classic ghost imaging
RU2534004C2 (en) Method, device and system for authenticating electronic articles
Mohammed et al. Investigation of noise effect on image quality in microwave head imaging systems
Mo et al. A support vector machine for identification of monitors based on their unintended electromagnetic emanation
Andreev et al. Complex reflection coefficient determination via digital spectral analysis of multiprobe reflectometer output signals
Weber et al. Cable fault characterization by time-domain analysis from S-parameter measurement and sparse inverse Chirp-Z transform
RU2672527C1 (en) Method of measuring strength of electrostatic field
JP2024003552A (en) Partial discharge inspection method and partial discharge inspection device
Safta et al. Wavelet signal denoising applied on electromagnetic traces
Kuznetsov et al. Cyclostationary source separation in the near-field of electronic devices
Zhuang et al. Accurate spectral testing with non-coherent sampling for multi-tone test
US11316596B2 (en) Method for detecting at least one compromised computer device in an information system