Analoge Vektor-Matrix-Multiplikation als sicherer Kanal für Sicherheitsanwendungen (AVMMSafe)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Mussenbrock; Privatdozent Dr.-Ing. Eduardo Pérez
• Fachliche Zuordnung: Hardwaresysteme und -architekturen für die Informationstechnik und die Künstliche Intelligenz, Quantentechnische Systeme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546680029

Im Rahmen von AVMMSafe ist es unser primäres Ziel, das Potenzial von analogen Vektor-Matrix-Multiplikationsidentitäten für die leichtgewichtige Authentifizierung von Sensorknoten zu erforschen. Dazu wird der analoge Multiplikationsprozess von Eingangsvektoren genutzt, der sowohl Hardware- als auch Software-basierte Fingerabdrücke umfasst, welche von der RRAM-Hardwareplattform stammen, die für die Berechnungen an den Knoten verwendet wird. Der von uns vorgeschlagene Ansatz umfasst die Entwicklung einer einzigartigen Architektur zur Implementierung von Hardware-Sicherheitsmodulen in RRAM-Crossbar-Strukturen. Ziel ist es, den Zugang auf autorisierte Benutzer zu beschränken, die das richtige Gerät besitzen, und so den sicheren Betrieb des Edge-Computing-Systems zu gewährleisten. Um dies zu erreichen, wird sich AVMMSafe auf die Implementierung und Simulation neuartiger intrinsischer Designs von Physical Unclonable Functions (PUFs) als Vektor-Matrix-Multiplikationseinheiten konzentrieren. Darüber hinaus werden die mit diesem Ansatz verbundenen Sicherheitsschwachstellen untersucht und verschiedene Angriffsszenarien bewertet. Das Ziel ist es, geeignete Gegenmaßnahmen vorzuschlagen, um festgestellte Schwachstellen zu beseitigen und die Sicherheit des Systems insgesamt zu verbessern. AVMMSafe umfasst interdisziplinäre Forschung in vier Bereichen: Herstellung von Bauteilen, experimentelle (materialwissenschaftliche und elektrische) Charakterisierung, Modellierung und Simulation sowie statistische Analyse. Dies ist der erforderliche Ansatz, um unsere drei Hauptziele zu erreichen: i) Integration der Funktionalität eines physikalischen Modells in ein kompaktes Modell von memristiven Bauelementen, unterstützt durch experimentelle Messungen, ii) Entwurf und Konstruktion einer einstellbaren PUF unter Verwendung eines 16x16-Arrays von memristiven Bauelementen, die speziell auf die Herausforderungen der Vektor-Matrix-Multiplikation (VMM) in Hardware-Sicherheitsanwendungen zugeschnitten ist, iii) Bewertung der Robustheit und Sicherheit von VMM-Operationen, indem das implementierte System verschiedenen Angriffsszenarien ausgesetzt wird, um seine Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit für sichere Computerumgebungen zu gewährleisten und iv) Prüfung der Möglichkeit und Praktikabilität der Kombination von PUFs und TRNGs in einer einzigen Crossbar-Architektur.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen