IT-Sicherheit: Diese Entwicklung verhindert Manipulationen
Fraunhofer-Forschende haben eine Lösung entwickelt, die Sicherheitselemente in elektronischen Schaltkreisen nach der Herstellung konfigurierbar und zuverlässig schützt. Das sogenannte FINK-Verfahren ermöglicht eine mehrdimensionale Verschlüsselung. Nach Aussage der Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen soll das den Weg ebnen für massentaugliche, kostengünstige und leistungsfähige integrierte Sicherheitsmerkmale, die in elektronische Systeme integriert werden.
Daten müssen sicher verschlüsselt werden. Diese neue Technologie könnte dabei helfen.
Foto: panthermedia.net/ maxkabakov
Ob bei der Übermittlung von Zahlungsdaten oder dem Auslesen digitaler Stromzähler – IT-Sicherheit ist beim Thema Digitalisierung unverzichtbar. Das gilt vor allem für die Verifizierung im Zahlungsverkehr, etwa das Online-Bezahlen mit Kreditkarten. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS haben nun einen neuen Ansatz entwickelt, um Sicherheitselemente nach der Fertigung konfigurierbar zu machen und so einen zuverlässigen und kostengünstigen mehrdimensionalen Schutz zu gewährleisten.
Innovative Lösung für mehr IT-Sicherheit
Die Methode baisert auf einer Entdeckung aus dem Jahr 2020. Damals stellten die Forschenden fest, dass sich Hafniumoxid durch Anlegen eines Wechselfeldes in einen kristallinen Zustand überführen lässt. Durch diesen Prozess erlangt das Material ferroelektrische Eigenschaften, was bedeutet, dass es eine spontane elektrische Polarisation aufweist und zwischen verschiedenen Speicherzuständen wechseln kann, ähnlich wie ein Lichtschalter. Aufbauend auf dieser Erkenntnis entwickeln die Experten und Expertinnen Bauelemente, die ihr ferroelektrisches Verhalten durch die sogenannte feldinduzierte Kristallisation (FINK) gezielt verändern können. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die ferroelektrische Polarisation von außen nicht ausgelesen werden kann, was eine zusätzliche Sicherheitsebene schafft.
„Wir schaffen ein System zur mehrdimensionalen Verschlüsselung von Hardware, indem wir in unsere Bauelemente drei Eigenschaften einspeichern: den Grad der Kristallisation, die Höhe der Polarisation, das heißt, die vorliegende ferroelektrische Phase und zu welchem Anteil man sie einprogrammiert, und in dritter Instanz das Vorzeichen dieser Phase. Das lässt sich auch in verschiedenen Größen abbilden, der Permittivität und der Ladung“, erläutert Projektleiter Dr. Maximilian Lederer.
Zuverlässigkeit auch bei Temperaturänderungen
Das klingt kompliziert, aber das Ergebnis ist nach Aussage der Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen ausgesprochen praxistauglich. Ihr sogenanntes FINK-Verfahren (Feld-induzierte Kristallisation) soll entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Lösungen bieten: Anstatt die Funktion einer Schaltung bereits bei der Fertigung festzulegen, können Halbleiterhersteller diese nach der Herstellung selbst konfigurieren – ohne dabei sensible Informationen mit externen Auftragsfertigern teilen zu müssen. Dies ermöglicht eine deutlich höhere IT-Sicherheit bei gleichzeitig geringeren Kosten und besserer Skalierbarkeit.
Eine mögliche Hürde für die praktische Anwendung der FINK-Technologie sah das Forschungsteam zunächst in der Temperaturabhängigkeit des Kristallisationsprozesses. Doch die Befürchtungen erwiesen sich als unbegründet: Zwar ist der Effekt an sich temperaturabhängig, die Zuverlässigkeit der erstellten Schicht beziehungsweise des Bauelements bleibt jedoch auch bei Temperaturschwankungen konstant. Das entwickelte Verfahren schätzen sie dementsprechend als sehr robust und alltagstauglich ein.
Hardware-Sicherheit durch FINK-Technologie
Die Forschenden am Fraunhofer IPMS sind überzeugt, dass ihr FINK-Ansatz den Weg ebnet für eine massentaugliche Integration von Sicherheitsmerkmalen in elektronische Systeme. Neben der verbesserten IT-Sicherheit sollten sich FINK-Schaltkreise auch durch ihre hohe Leistungsfähigkeit und ihren niedrigen Stromverbrauch auszeichnen. Das ist ein wichtiger Punkt, da Energieeffizienz und IT-Sicherheit nach Möglichkeit Hand in Hand gehen sollten.
Ein weiteres Plus: FINK ist kompatibel mit bestehenden Halbleiterfertigungstechnologien. Die Fachleute gehen daher davon aus, dass ihr System schnell den Sprung in die industrielle Anwendung schaffen wird.
Mit ihrer Lösung zur mehrdimensionalen Verschlüsselung von Hardware wollen die Forschenden des Fraunhofer IPMS einen Beitrag zur Stärkung der IT-Sicherheit leisten. Durch die Möglichkeit, Sicherheitselemente nach der Fertigung zu konfigurieren, eröffnen sich neue Perspektiven für den zuverlässigen und kostengünstigen Schutz elektronischer Systeme. Angesichts der wachsenden Bedeutung digitaler Technologien in allen Lebensbereichen wird die Gewährleistung von IT-Sicherheit zu einer immer dringlicheren Aufgabe – und die FINK-Technologie könnte dabei eine Schlüsselrolle spielen.
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