Ανάπτυξη αντιμέτρων υλικού για την ασφάλεια ενσωματωμένων συστημάτων με χρήση High-level Synthesis

Abstract

Η εκθετική αύξηση των αναγκών για χρήση ενσωματωμένων «ελαφρών» εφαρμογών απαιτεί τη μείωση του χρόνου ανάπτυξης που συχνά σχετίζεται με τις εφαρμογές που στοχεύουν χρήση στο Υλικό, και παράλληλα, την επιβολή αυστηρότερων περιορισμών υλοποίησης, συγκριτικά με άλλα υπολογιστικά συστήματα. Την ίδια στιγμή, το επίπεδο της Ασφάλειας δεν πρέπει να παραμερίζεται. Τα εργαλεία High level Synthesis (HLS) είναι σε θέση να παρέχουν σήμερα την απαιτούμενη υποστήριξη στην επίλυση των προβλημάτων ανάπτυξης ενσωματωμένων εφαρμογών. Επιτρέπουν τη χρήση γνωστών γλωσσών προγραμματισμού ανώτερου επιπέδου (high-level languages – HLL) για να περιγράψουν στην ζητούμενη συμπεριφορά, την εύκολη επιβολή βελτιστοποιήσεων πάνω σε αυτή, αναλαμβάνοντας τελικά την αυτόματη μετατροπή σε μία γλώσσα περιγραφής Υλικού (Hardware-description language – HDL). Ως αποτέλεσμα, η διαδικασία της ανάπτυξης μπορεί να γίνει ευκολότερη και ταχύτερη, επιτρέποντας την περαιτέρω επαλήθευση της λειτουργικότητας από τα πρώιμα στάδια της διαδικασίας. Στον αντίποδα, η μεθοδολογία δεν έχει χρησιμοποιηθεί σε επαρκή βαθμό, ως προς την ποιότητα των αποτελεσμάτων της. Για αυτό το σκοπό, η μελέτη αξιοποίησε τον κρυπτογραφικό μηχανισμό AES, καθώς και αντίμετρα που στοχεύουν ευπάθειες του Υλικού απέναντι σε επιθέσει πλάγιο καναλιού (side-channel attacks), καθώς και την ποικιλία των παραμετροποιήσεων που παρέχει το εργαλείο Vivado HLS, υπό την μορφή ντιρεκτίβων (Synthesis directives). Οι σχεδιάσεις που προέκυψαν συγκρίθηκαν μεταξύ τους, ως προς τις μετρικές των χρόνου και του χώρου, δύο σημαντικά χαρακτηριστικά που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την ανάπτυξη ενσωματωμένων εφαρμογών.Συμπερασματικά, προκύπτει ότι η προκαθορισμένη χρήση του εργαλείου αποδίδει μια ικανοποιητική ποιότητα ως προς της εξεταζόμενες μετρικές, ενώ η χρήση των ντιρεκτίβων μπορεί να τις επηρεάσει σε σημαντικό βαθμό -αρνητικά ή θετικά-, συνεπώς η χρήση τους θα πρέπει να εξετάζεται διεξοδικά ως προς τους περιορισμούς της πλατφόρμας εφαρμογής αλλά και τη φύση της εφαρμογής.