ハードウェアセキュリティの最新動向

ハードウェアセキュリティの最新動向の要点

ハードウェアセキュリティは、クラウドやAI、IoT機器の広がりとともに、守る対象も攻撃の手口も大きく変わってきました。クラウドの事業者の管理者からもデータを守る機密コンピューティング、ポインタの誤りをハードウェアで止める仕組み、量子コンピュータの時代に向けた暗号のハードウェア、多くの会社が関わる半導体のサプライチェーンの守り方などが、現在の大きなテーマです。ここでは「ハードウェアセキュリティ」の分野の基礎の上に、より新しく深い内容を学びます。

まず機密コンピューティングとして、VM型のTEEとエンクレーブ型の違いと信頼する範囲(TCB)、暗号化だけでなく完全性の保護が必要な理由と、その記憶容量の負担の計算、アテステーションの報告で検証者が確かめること、Arm CCAのレルム、GPUを含む機密コンピューティングを扱います。続いて、CHERIのケイパビリティ、MTEのタグが偶然一致する確率の計算、ポインタ認証、シャドウスタックと間接分岐の保護による制御フロー完全性を学びます。DRAMへの攻撃では、ロウハンマーが微細化で起きやすくなる理由、TRRが回避された研究、ECCの限界、DDR5のPRAC、リフレッシュの頻度と活性化の回数の計算を、過渡的実行攻撃では、MDS、retpolineとIBRS、対策による性能の低下の計算を扱います。後半では、数論変換による多項式の掛け算の高速化、ML-KEMの鍵の大きさ、カプセル化の解除の実装の注意、暗号を入れ替えられるハードウェアの設計、OpenTitanやCaliptra、DICE、A/B方式の更新とロールバック防止、HBOM、チップレットの間の信頼、分割製造・ICカモフラージュ・ロジックロッキング、逆解析を前提にした鍵の守り方を学びます。最後に、FIPS 140-3のレベル、コモンクライテリアのEAL、PSA CertifiedやSESIPの合成の考え方、認証付きデバッグ、ライフサイクルとRMA、スキャンチェーンの守り方、電圧グリッチ・レーザ・電磁パルスによる故障注入と、その成功の確率や対策の効果の計算を確かめます。攻撃の手順ではなく、設計者や守る側の視点から原理と対策を理解することを目的とします。計算問題の値は、誤りの選択肢の値も含めて、Pythonで計算して確かめています。製品の名前や規格の版、年は、それぞれの問題で示した時点の情報です。サイドチャネル攻撃、Spectre・Meltdown・KPTI、電力解析、故障注入とロウハンマーの基本、セキュアブート、TPM、TEE・TrustZone・エンクレーブ、PUF、真性乱数生成器、ハードウェアトロイ、JTAGの無効化は「ハードウェアセキュリティ」、ML-KEM・ML-DSAの標準とHSMは「暗号技術の基礎と応用」、DRAMのリフレッシュとロウハンマーという現象の名前は「DRAM」、チップレットとUCIeは「先端技術(3D実装・チップレット)」、スキャン設計は「テスト・検査」、A/B方式のファームウェアの更新は「組込み・ファームウェア」、ISO/SAE 21434は「車載半導体と機能安全」の分野で扱います。