Seitenkanalattacke MIT und Texas Instruments entwickeln „hack-sicheren“ RFID-Chip

Bargeldloses Bezahlen und logistische Transaktionen sollen künftig noch sicherer werden: Mit einer neuartigen Kombination aus Stromversorgung und Datenspeicherintegration wollen Forscher ein effektives Mittel gegen sogenannte „side channel attacks“ bei Datenchips gefunden haben.

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RFID-Chips finden auf Grund ihrer geringen Größe, ihrer leichten Verarbeitung und ihrem nahezu vernachlässigbaren Energiebedarf eine immer weitere Verbreitung als Identifikationschips in der Industrie und vielen Endprodukten. Eine ihrer größten Vorteile - Datentransfer ohne physischen Kontakt - ist aber auch ein Grund zur Sorge: Ein Hacker braucht nicht zwangsweise einen direkten physischen Zugriff auf den Chip, um ihm Informationen zu entziehen.

Nun haben Forscher des MIT einen neuartigen RFID-Chip vorgestellt, der nach eigenen Angaben mit keiner der heute bekannten Methoden zu knacken sei – selbst nicht mit der berüchtigten Seitenkanalattacke, mit der herkömmliche Verschlüsselungsmethoden umgangen werden können. Der von den MIT-Forschern entwickelte Chip wurde von Texas Instruments gefertigt; das Unternehmen hat das Projekt auch mitfinanziert.

Bei einer Seitenkanalattacke (side channel attack) greift ein Hacker nicht auf die Daten direkt zu. Durch eine passive Analyse des Stromverbrauchs und der Speichernutzung besteht allerdings die Möglichkeit, Teile des kryptographischen Schlüssel eines RFID-Chips auszulesen. Zwar legt eine solche Analyse immer nur einen kleinen Teil der Verschlüsselung offen, doch durch mehrfache Wiederholung erhält ein geübter Hacker im Laufe der Zeit einen kompletten Schlüssel. Manche Hersteller versuchen die Daten dadurch zu schützen, dass der eigentliche Schlüssel regelmäßig durchrotiert wird, doch kann dieser Schutzmechanismus durch einen sogenannten Power Glitch ausgehebelt werden.

An dieser Stelle setzt die vom MIT entwickelte Methode an. Eine Power-Glitch-Attacke zielt darauf ab, die Energieversorgung des Chips in dem Moment abzuschneiden und zu verhindern, dass der Schlüssel durchrotiert werden kann. RFID-Chips sind hierfür besonders anfällig, da sie keine eigene Stromversorgung besitzten, sondern die nötige Energie per Induktion aus dem Auslesegerät beziehen. Die vom Doktoranten Chiraag Juvekar entwickelte Gegenmaßnahme setzt daher auf eine naheliegende, aber bislang bei RFID-Chips schwierig durchführbare Methode: Eine integrierte Stromversorgung, die sich von extern praktisch nicht unterbrechen lässt, in Kombination mit einem nicht-volatilen Speicher.

Um dies Umzusetzen, verwendet der Chip sogenannte ferroelektrische Kristalle. In diesen sind Moleküle in einer Gitterstruktur angeordnet, bei welcher in jeder einzelnen Zelle negative und positive Ladungen natürlich getrennt sind. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes wechseln diese Ladungen ihre jeweilige Richtung, was sich in einzelnen Bits, quasi als Informationsspeicher, ausdrücken lässt. Ein solcher ferroelektrischer Kristall kann außerdem dank der damit erreichten Spannung als ein Kondensator dienen.

Durch die von Texas Instruments verwendete Herstellungsmethode konnten die Forscher einen RFID-Chip produzieren, die ferroelektrische Zellen mit entweder 1,5 V oder 3,3 V Spannung besitzen. Im Falle einer Power-Glitch-Attacke dienen die 3,3-Volt-Zellen als Energiequelle, die dafür sorgen, dass die aktuell verarbeiteten Daten in den 1,5-Volt-Zellen gesichert werden. Sobald die Stromversorgung wieder hergestellt wird, werden auf dem RFID-Chip als erstes die verbrauchten 3,3-Volt-Zellen für den Fall eines weiteren Stromabbruchs wieder aufgeladen. Anschließend setzt der Chip seine bisherige Tätigkeit wieder fort.

Die sichereren RFID-Tags haben den Nebeneffekt, dass sich neben einer Erhöhung der Produktionskosten auch eine Verringerung der Auslesegeschwindigkeit ergibt. Wie die Forschungsgruppe angibt, kommt der entwickelte Chip allerdings noch auf 30 Datensichtungen pro Sekunde, was für die allermeisten RFID-Applikationen ausreiche. Die Forscher sind allerdings überzeugt, dass bei weiter Verbreitung die neuartige Technologie den RFID-Einsatz erheblich sicherer machen würde – schließlich seien die so entwickelten Chips praktisch unhackbar!

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