MEMS-basierte Physically Unclonable Functions für sichere elektronische Systeme (Mempfis)

Im Rahmen des Mempfis-Forschungsvorhabens sollen piezoelektrische MEMS-Basisstrukturen basierend auf Biegebalken, sowie kapazitive MEMS mit Feder-Masse-Dämpfer-System bezüglich deren Eignung als Physically Unclonable Functions (PUFs) untersucht werden.

Branchenübergreifend nehmen die Digitalisierung und Vernetzung immer weiter zu und stellen neue Herausforderungen an die Gerätesicherheit. In diesem Zusammenhang wird es immer wichtiger, dass die Schutzziele der Gerätesicherheit über den gesamten Produktlebenszyklus gewährleistet werden können.

Als technische Lösung für diese Herausforderungen haben in den letzten Jahren sog. Physically Unclonable Functions (PUFs) den Weg aus den Forschungslaboren auch in erste Produkte geschafft. Die Methodik basiert auf den inhärenten Variationen physikalischer Systeme und ähnelt biometrischen Verfahren zur Unterscheidung von menschlichen Individuen auf Basis von Fingerabdrücken.

Ein Trend bei der Entwicklung von Cyberphyiskalischen Systemen (CPS) ist der zunehmende Einsatz von Mikrosystemen (Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS). Einige MEMS-Bauteile reagieren aufgrund ihrer hohen Sensitivität bereits auf kleine, nichtvermeidbare Abweichungen in der Geometrie oder in den Materialparametern, durch Variationen gegenüber den Nennwerten. Durch die Verwendung solcher MEMS-Basisstukturen als Entropiequelle soll eine hohe Kompatibilität mit bestehenden elektronischen Systemen erreicht und die Integrationskomplexität geringgehalten werden, während die folgenden Vorteile entstehen:

• Kostengünstige Sicherheitsfunktionen durch den Einsatz von MEMS-Bauelementen in Doppelfunktion (Sensor/PUF)
• „Security by Design“ für CPS mit starker Ressourcenbeschränkung
• „Angeborene“ Sicherheit über den gesamten Produktlebenszyklus
• Reproduzierbare dynamische Schlüsselgenerierung
• Die hohe Marktdurchdringung von MEMS in CPS verspricht eine Erhöhung der Gerätesicherheit im Internet der Dinge, da Sensor- und IoT-Systeme immer wieder als Einfallstore für Cyber-Angriffe genutzt werden
• PUFs ermöglichen den Verzicht auf den Einsatz kostenintensiver Security-Chips