Fast, secure, and remote multiboot of FPGAs
FPGA'lerin hızlı, güvenli ve uzaktan çoklu yüklenmesi
- Tez No: 335581
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEZER GÖREN UĞURDAĞ, YRD. DOÇ. DR. HASAN FATİH UĞURDAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Bu tez çalışmasının amacı, sahada programlanabilir kapı dizisi (Field Programmable Gate Array ya da FPGA) tabanlı güvenli sistemler meydana getirmek için verimli bir iskelet yapı oluşturmaktır. Bir FPGA, çalışma zamanı sırasında donanıma yeni bir yapılandırma verisi yüklenerek donanımını yeniden uyarlayabilme yeteneğine sahip bir tür yeniden yapılandırılabilir cihazdır. Fakat, yapılandırma verisi (bitstream) kolaylıkla taklit edilebilir ve kopyalama, üzerine ekleme, ya da tersine mühendislik gibi tehlikelere karşı korunması gerekmektedir. Birçok uygulama düşük maliyetliFPGA'ler kullanılarak gerçeklenebildiği halde, bahsedilen tehlikelere karşı koruyucu yöntemler ve özel donanımlar çoğunlukla üst seviye FPGA cihazlarında mevcuttur. Ayrıca, sadece üst seviye FPGA'ler Dinamik Kısmi Kendi Kendine YenidenYapılandırma (DPSR) özelliğini desteklemektedir. DPSR, FPGA'in çalışırken donanımının bir kısmını belli durumlarda kendi kendine değiştirmesidir. Bu tezde, fiziksel klonlanamaz fonksiyonlar (PUF) kullanılarak düşük maliyetli FPGAaygıtları için, donanımın doğasında bulunan ve donanımın üretimi esnasında meydana gelen karakteristik varyasyonlardan faydalanarak bir güvenlik şeması geliştirilmesi üzerinde durulmuştur. PUF, her bir cihaza özgü seri numaraları ve güvenlik anahtarları elde etmeyi sağlamaktadır. Bu tezde, PUF ve bulandırma adlı bir başka güvenlik yöntemi birleştirilerek sistemin taklit edilebilirliğini önlemek amaçlanmıştır. Bulandırma, bir devrenin tanımını ya da yapısını kasıtlı olarak değiştirerek çalışma zamanı sırasında işlevselliğini gizlemek üzerinedir. Bulandırma tekniği, RTL (Register-Transfer Language) seviyesinde gerçekleştirilmiştir ve PUF yöntemini bir sonlu durum makinesi içerisinde kullanarak cihazı yetkilendirmek ve kontrol etmek için kullanılmıştır. Daha sonra bu yöntemler güvenli çoklu yükleme (MultiBoot) tekniği ile birleştirilmiştir. MultiBoot, DPSR'dan farklı olarak, FPGA'in çalışırken tamamenyapılandırılmasını sağlamaktadır. Bunun yanı sıra, sisteme uzaktan bağlanabilme özelliği eklenerek sistemin ağ üzerinden denetimi sağlanmıştır. Ağ üzerindeki iletim zamanını azaltmak için bir bitstream sıkıştırma tekniği kullanılmıştır. Sonuçolarak, bu tez düşük maliyetli FPGA'li sistemlerde güvenli uzaktan MultiBoot için bir iskelet yapı oluşturmaktadır. Önerilen iskelet yapı örnek bir uygulama kullanılarakgerçeklenmiştir.
Özet (Çeviri)
The purpose of this thesis is to develop an efficient framework to implement secure FPGA-based (Field Programmable Gate Array) systems. An FPGA is a reconfigurable device that has the ability to adapt the hardware during runtime by loading a new circuit on the reconfigurable fabric. However, a circuit design formed as configuration data (bitstream) can be easily counterfeited and needs to be protected against the risks of cloning, overbuilding, and reverse-engineering. Although many applications could be implemented on low-cost FPGAs, protection schemes and dedicated hardware are mostly available on high-end FPGAs. In addition to this, only high-end FPGAs support dynamic partial self reconfiguration (DPSR), which is the ability tochange a part of a design at runtime. This thesis focuses on developing a security scheme leveraging hardware intrinsic features on low-cost FPGAs by using physical unclonable functions (PUFs). A PUF provides a way to extract security keys which are unique to each device. This thesis combines PUFs with another security scheme called obfuscation. Obfuscation is the act of intentionally modifying the description or structure of a circuit in order to conceal its functionality. Obfuscation is implemented in this thesis at RTL-level and is used to authenticate and control the device by using the keys by exploiting the PUF technique within a finite state machine (FSM). These methods are further used to implement ?secure MultiBoot?. The MultiBoot feature allows to reconfigure the FPGA fully at runtime as opposed to DPSR for devices which do not support partial reconfiguration. This thesis also establishes a framework that enables secure remote MultiBoot. A bitstream compression technique is applied to reduce the transmission time over the network. A proof-of-concept example is implemented using the proposed framework.
Benzer Tezler
- Scada sistemlerin incelenmesi ve OG elektrik dağıtım tesislerine uygulanması
The study of scada system and applications to medium voltage distrd3ution systems scada
NECMETTİN BERÇİN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER USTA
- Bankacılık sektöründe robotik süreç otomasyonu - bir uygulama örneği
Robotic process automation in the banking industry - an application example
ÖMER BAŞTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiSakarya ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEHER ARSLANKAYA
- Görüntü sıkıştırma ve internet üzerinden güvenli aktarım sistemi
Image compression and secure transmitting system over internet
KADİR İMAMOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKocaeli ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET SAYAR
- Design and implementation of rsa cryptosystem using partially interleaved modular Karatsuba-Ofman multiplier
İki parçalı örgü modüler Karatsuba-Ofman çarpıcısı kullanarak rsa kriptosistemi tasarımı ve gerçeklemesi
AHMET ARIŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
- İstanbul metrosu m2 hattında uzatma hatlarının SCADA entegrasyonu ile ilgili sorunlar ve çözüm önerileri
Problems associated with SCADA integration to the extension m2 of Istanbul metro line and its solutions
KUTSAL GÜRSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBahçeşehir ÜniversitesiKentsel Sistemler ve Ulaştırma Yönetimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AKBAŞ