Projet ANR-13-JS03-0003 – SALWARE : Conception de matériel salutaire pour lutter contre la contrefaçon et le vol de circuits intégrés
Programme : JCJC - SIMI 3 - Matériels et logiciels pour les systèmes et les communications (JCJC SIMI 3)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Lilian Bossuet (Laboratoire Hubert Curien, CNRS UMR 5516, Université Jean Monnet de Saint Etienne)
Partenaires : Laboratoire Hubert Curien
Montant : 167066.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 42 mois
Résumé : Conception de matériel salutaire pour lutter contre la contrefaçon et le vol de circuits intégrésL’industrie microélectronique est face à l’augmentation des coûts de production des circuits intégrés. Cela entraine, depuis plusieurs années, une augmentation forte du nombre de sociétés fabless et une délocalisation de la production. Dans ce contexte, le projet SALWARE vise l’étude (théorique et expérimentale) et la conception de matériels salutaires pour lutter contre le vol, la copie illégale et la contrefaçon de circuits intégrés.
Les trois principaux objectifs du projet SALWARELe premier objectif du projet est de proposer un système d’activation à distance d’un circuit intégré ou d’une IP matérielle. Pour cela deux éléments essentiels seront développés : un moyen d’authentification du matériel à activer délivrant un identifiant unique pour chaque instanciation matérielle et un protocole cryptographique assurant la sécurité de la chaine d’activation à distance. Le second objectifs du projet est de proposer un système fiable pour bloquer/débloquer un circuit (une IP) sous certaines conditions. Cela est intéressant de pouvoir bloquer un circuit qui n’est pas utilisé de façon autorisée, par exemple sans remplir les conditions d’une licence d’utilisation matérielle. Enfin, le dernier objectif du projet est de proposer un moyen de transmission de marquage enfoui (watermarking) de propriété intellectuelle dans un circuit intégré qui soit facile d’utilisation (c'est-à-dire facile à concevoir et facile à vérifier).
MéthodesPour l'activation à distance des fonctionnalités des IP et des circuits intégrés nous étudions les solutions proposées pour le développement de matériel malicieux (par exemple des chevaux de Troie matériel).L'authentification du matériel se fait via une fonction physique non clonable dont la caractérisation se fait sur deux jeux de 30 cartes FPGA (Xilinx et Altera)
Résumé de la soumission : L’industrie microélectronique est face à l’augmentation des coûts de production des circuits intégrés. Cette augmentation est liée à la diminution des technologies et à l’augmentation de la complexité des systèmes. Cela entraine, depuis plusieurs années, une augmentation forte du nombre de sociétés sans moyens de production (dites fabless) et une délocalisation de la production. Il en découle que les circuits intégrés sont devenus des cibles de la contrefaçon et du vol. Dans ce contexte, le projet SALWARE vise l’étude (théorique et expérimentale) et la conception de matériels salutaires pour lutter contre le vol, la copie illégale et la contrefaçon de circuits intégrés. Sous l’expression matériel salutaire nous entendons un système matériel, difficilement détectable/contournable, inséré dans un circuit intégré ou un composant virtuel (en anglais IP pour Intellectual Property) utilisé pour fournir de l’information de propriété intellectuelle (par exemple : marque de propriété ou licence d’utilisation) et/ou pour activer à distance le circuit ou l’IP après fabrication et durant l’usage.Trois objectifs majeurs sont visés par ce projet. Le premier est l’étude, la conception et la caractérisation d’une structure duale délivrant les services de fonction physique non clonable (en anglais PUF pour Physical Unclonable Function) et les services de générateur matériel de nombres aléatoires (en anglais TRNG pour True Random Number Generator). Les deux services couplés permettront une sécurité forte du protocole cryptographique qui garantie l’activation sécurisée à distance. Effectivement, la PUF permettra de rendre unique la clé d’activation pour chaque circuit. Le TRNG permettra de rendre unique cette même clé pour chaque activation pour un même circuit. Ainsi le système est protégé des attaques du type man-in-middle, rejeu et modeling (pour la PUF). Le second objectif est de proposer un protocole cryptographique tirant partie de la structure duale PUF-TRNG afin d’augmenter la sécurité du système d’activation par rapport à ceux disponibles dans la littérature. Une implantation matérielle d’une unité cryptographique légère sera réalisée durant le projet afin de supporter ce protocole au sein d’un circuit intégré. Associé à cette unité, un système d’activation/blocage de fonctionnalités matérielles (numériques et/ou analogiques) sera proposé. Le dernier objectif est la conception d’un système de transmission sans contact d’information liée à la propriété intellectuelle d’un circuit intégré. Pour cela, le canal électromagnétique sera utilisé.Les retombées industrielles, économiques et sociétales du projet SALWARE sont nombreuses et stratégiques car les conséquences de la contrefaçon et du vol sont très importantes. Pour les entreprises cela représente des pertes de marchés et un dommage potentiel de l’image de marque. Au niveau social cela se traduit directement par une baisse d’activité économique et des conséquences sur l’emploie. Enfin, pour les systèmes cela peut entrainer une dégradation de la sécurité et une diminution de la fiabilité. Il est donc stratégique pour soutenir l’industrie microélectronique d’encourager et de financer le projet SALWARE qui vise à limiter le vol et la contrefaçon de circuits intégrés et à aider les concepteurs de circuits intégrés à protéger leur propriété intellectuelle par des moyens matériels.Ce projet, porté par un jeune chercher expérimenté, s’appuie sur les différentes compétences initiées et développées ces dernières années au Laboratoire Hubert Curien au sein de l’équipe-projet Cryptographie Appliquée et Télécommunication. Il vise clairement à ouvrir un nouvel axe de recherche au sein de ce laboratoire orienté sur la protection de la propriété intellectuelle des concepteurs de circuits intégrés et d’IP. Il a pour objectif de positionner l’équipe Cryptographie Appliquée et Télécommunication du Laboratoire Hubert Curien comme leader dans ce domaine au niveau européen et international.
Résultats : Proposition d'une nouvelle architecture de PUF le TERO-PUF qui peut fournir conjointement les services de PUF et de TRNG.
Proposition d'un moyen de vérification de marque de propriété intellectuelle par analyse de canaux cachés (consommation de puissance et rayonnement électromagnétique)
Perspectives : Les retombées industrielles, économiques et sociétales du projet SALWARE sont nombreuses et stratégiques car les conséquences de la contrefaçon et du vol sont très importantes. Pour les entreprises cela représente des pertes de marchés et un dommage potentiel de l’image de marque. Au niveau social cela se traduit directement par une baisse d’activité économique et des conséquences sur l’emploie. Enfin, pour les systèmes cela peut entrainer une dégradation de la sécurité et une diminution de la fiabilité. Il est donc stratégique pour soutenir l’industrie microélectronique d’encourager et de financer le projet SALWARE qui vise à limiter le vol et la contrefaçon de circuits intégrés et à aider les concepteurs de circuits intégrés à protéger leur propriété intellectuelle par des moyens matériels.
Publications et brevets : C. Marchand, L. Bossuet, E. Jung «IP Watermark Verification Based on Power Consumption Analysis«. In proceedings of the 27th IEEE International Systems-on-Chip Conference, SOCC 2014, Las vegas, USA, September 2014.
L. Bossuet «The Fight against Theft, Cloning and Counterfeiting of Integrated Circuits«. TRUDEVICE Summer and Training School, Lisbon, Portugual, Jully 2014.
C. Marchand, L. Bossuet«IP Watermark Verification Based on Power Consumption Analysis«. In International CrytpArchi Workshop 2014, Annecy, France, June 2014
A. Cherkaoui, L. Bossuet, L. Seitz, G. Selander and R. Borgainkar «New Paradigms for Access Control in Constrained Environments«. In proceedings of the IEEE International Symposium on reconfigurable Communication-Centric Systems-on-Chip, ReCoSoc 2014, Montpellier, France, Mai 2014.
L. Bossuet «SALWARE - Salutary Hardware to Design Trusted IC«. Ecole d'hiver francophone sur les technologies de conception des systèmes embarqués hétérogènes, FETCH 2014, Ottawa, Canada, January 2014. slides 
L. Bossuet, X. T. Ngo, Z. Cherif, and V. Fischer «A PUF Based on transient Effect Ring Oscillator and Insensitive to Locking Phenomenon«. In IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing, 2013.
L. Bossuet, and D. Hely «SALWARE: Salutary Hardware to Design Trusted IC«. In Workshop on Trustworthy Manufacturing and Utilization of Secure Devices, TRUDEVICE 2013, France, 30-31  Mai 2013. 
L. Bossuet «Lutte contre le vol, la copie illégale, le reverse-engineering et la contrefaçon de circuits intégrés«. Jounrée sécurité numérique du GDR SoC-SiP, Paris, France, November 2012.