Genauigkeit von Seitenkanalangriffen „Bessere Quantensensoren decken Schwachstellen im Chipdesign auf“

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Quantensensoren können verschiedene Seitenkanalinformationen erfassen, die sich mit herkömmlichen Sensoren nicht erfassen lassen. Dabei ist eine höhere Auflösung und Empfindlichkeit entscheidend. Dr. Roman Bansen von der Cyberagentur über Details des Forschungsprojekts.

Mit Quantensensoren lassen sich sich Seitenkanalangriffe auf Mikrochips identifizieren. Quantensensoren sind bekannt für ihre überlegene Auflösung und Empfindlichkeit, was einen signifikanten Fortschritt in der Sicherheitsforschung und -technologie bedeuten könnte. Sie erfassen dank ihrer höheren Auflösung feinere Details von elektromagnetischen Emissionen und anderen physikalischen Größen, die mit herkömmlichen Sensoren nicht detektierbar sind.

Wie das genau aussehen kann und welche und wie Quantensensoren konkret helfen können, erklärt Dr. Roman Bansen. Er ist Leiter Quantentechnologien in der Abteilung Schlüsseltechnologien der Cyberagentur.

Herr Dr. Bansen, welche Arten von Seitenkanalinformationen können durch Quantensensoren erfasst werden, die herkömmliche Sensoren nicht detektieren können?

Zunächst muss man sich bewusst machen, dass Quantensensoren ein Sammelbegriff für eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren ist, die sich quantenmechanische Effekte zunutze machen. Prinzipiell können mit diesen verschiedenen Sensoransätzen nahezu alle relevanten physikalischen Messgrößen erfasst werden. Es gibt also nicht eine oder wenige ausgewählte Informationen, die ausschließlich mit Quantensensoren detektiert werden können.

Vielmehr geht es in dem Projekt darum, durch den Vergleich von Seitenkanalangriffen mit etablierter klassischer Sensorik und Quantensensorik herauszufinden, an welchen Stellen bestehende Methoden schneller, besser oder genauer werden könnten oder ob sogar völlig neue Informationen genutzt werden können. Insgesamt könnten verbesserte Sensoren für die Analyse von Seitenkanalangriffen genauere und umfassendere Messungen verschiedener elektronischer Chips ermöglichen, die zu einem besseren Verständnis ihrer Funktionsweise oder der darauf ausgeführten kryptographischen Operationen führen könnten. Dadurch könnten Schwachstellen im Design oder in der Implementierung der Chips aufgedeckt werden, was die Entwicklung sichererer und zuverlässigerer Systeme fördern könnte.

Wie beeinflusst die höhere Auflösung und Empfindlichkeit von Quantensensoren die Genauigkeit von Seitenkanalangriffen?

Bessere Sensoren für Seitenkanalangriffe auf elektronische Chips – unabhängig davon, ob es sich dabei um Quantensensoren oder klassische Sensoren handelt – könnten zu Verbesserungen führen. Dazu gehört eine höhere laterale Auflösung, welche die Messung der vom Chip erzeugten elektromagnetischen Felder nicht mehr nur auf der Skala ganzer Blöcke, sondern bis hinunter zu einzelnen Schaltkreisen und möglicherweise sogar einzelnen Transistoren ermöglichen würde. Dies könnte dazu dienen, das Verhalten des Chips deutlich besser zu verstehen und mögliche Schwachstellen zu erkennen.

Ein weiterer Punkt ist die höhere zeitliche Auflösung. Sie würde die Messung höherfrequenter Signale ermöglichen, was zum besseren Verständnis der zeitlichen Abläufe des Chips und zur Aufdeckung möglicher Schwachstellen genutzt werden könnte. Eine höhere Messempfindlichkeit würde die Messung schwächerer Signale ermöglichen. Damit könnten auch Signale erfasst werden, die sonst durch Rauschen oder andere Störungen überlagert werden.

Mit einem größeren Messabstand zum Chip würde Messungen ermöglichen, ohne dass extreme Nähe oder direkter Kontakt zum Chip notwendig ist. Dies könnte beispielsweise Messszenarien ermöglichen, in denen der Chip nicht extra dünner geschliffen werden muss oder wenn er in ein größeres Gerät eingebettet ist.

Neben möglichen Steigerungen in diesen Bereichen könnten auch Verbesserungen in anderen Messgrößen neue Angriffsvektoren eröffnen, beispielsweise in der akustischen Messung – also der Messung von für den Menschen nicht hörbaren Tönen, die ein Chip aussendet. Vielleicht gibt es aber auch ganz neue Ideen, an die wir noch gar nicht gedacht haben.

Ein nicht zu unterschätzender Aspekt ist die Tatsache, dass scheinbar banale Dinge wie die Größe oder der Herstellungspreis von Sensoren enorme Auswirkungen haben können. So ist denkbar, dass Messungen, die heute nur mit großem technischen oder finanziellen Aufwand möglich sind, in Zukunft mit Quantensensorik zu einem Bruchteil des Preises zu Hause am Schreibtisch durchgeführt werden können. Dies hätte große Auswirkungen auf notwendige Schutzmechanismen auch bei Chips in unkritischen Bereichen, selbst wenn die Auflösung oder Empfindlichkeit der Quantensensoren nicht höher, vielleicht sogar etwas niedriger als die der teureren und größeren klassischen Sensoren wäre.

Wie könnte sich die Weiterentwicklung der Quantensensorik auf die Sicherheit von Mikrochips in den nächsten Jahren auswirken?

Im Allgemeinen kann die Entwicklung verbesserter Sensoren und die Entdeckung neuer Schwachstellen in Mikrochips als ein Kreislauf kontinuierlicher Verbesserungen betrachtet werden, bei dem Fortschritte in der Messtechnik zur Entdeckung neuer Schwachstellen führen, die wiederum die Entwicklung verbesserter Sicherheitsmaßnahmen und Chipdesigns vorantreiben.

Da in absehbarer Zukunft eine ganze Reihe neuer Quantensensoren auf den Sensormarkt drängen werden, besteht die Gefahr, dass dieser Kreislauf der kontinuierlichen Verbesserung auf beiden Seiten unterbrochen wird. Dies könnte im schlimmsten Fall Seitenkanalangriffen einen erheblichen Vorteil verschaffen und etablierte Chipsicherheitssysteme auf Jahre hinaus angreifbar machen. Auch deshalb ist es so wichtig, sich frühzeitig damit zu beschäftigen, welche Möglichkeiten Quantensensoren zumindest potenziell bieten und auf welchen konkreten Wegen Informationen abgegriffen werden könnten.

Auf Basis dieser Informationen kann dann gemeinsam mit den Chipherstellern überlegt werden, welche Gegenmaßnahmen notwendig und wirksam wären. Relevante Institutionen wie das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) könnten dann entsprechende Richtlinien erarbeiten.

(heh)

Angriffsziel Mikrochips

Quantensensoren sollen mögliche Seitenkanalangriffe identifizieren

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