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Mathematical Mappings for Identification Mechanisms

Mulhem, Saleh ORCID

Secured physically unclonable entities are emerging to play major role in future security systems. Embedding such unclonable entities as integral system component allow to counteract and trace securely a large class of attacks on contemporary networks and systems. Therefore, there is a crying need for low-cost and practically usable and physically clone-resistant or unclonable electronic and/or mechatronic units. Analog Physical Unclonable Functions (PUFs) were introduced two decades ago as DNA-like born units material properties mainly in electronic units to make them hard to clone. PUFs however, as analog entities, suffer from long-term inconsistency due to aging, operational conditions and other factors. This lead to limiting the practical use of PUFs due to their high-complexity and inherent inconsistency. The digital Secret Unknown Cipher (SUC) concept was introduced a decade ago by a research team at the technical university of Braunschweig as a low-cost and consistent alternative to the conventional analog PUF. SUCs were concepted to be self-created in a single-event, non-repeatable process within electronic devices as clone-resistant modules. The modules represent self-created unknown operational ciphers which may serve as DNA-like biological identities which are hard to duplicate and are securely identifiable. The SUC-concept is an entirely new technology-based security paradigm in the public literature. The new paradigm assumes that the only perfect secrets are those which nobody knows. Such secrets in a practical sense, can only be reached by physical invasive attacks or by exhaustive search requiring infeasible complexity.

Sichere und physisch unklonbare Einheiten werden eine wichtige Rolle in künftigen Sicherheitssystemen einnehmen. Durch Einbettung solcher unklonbaren Objekte als integrale Systemkomponenten können zahlreiche Angriffsklassen auf moderne Netzwerke und Systeme verfolgt und verhindert werden. Es besteht daher ein dringender Bedarf an kostengünstigen und praktisch verwendbaren klonresistenten oder unklonbaren elektronischen und mechatronischen Einheiten. Analoge physisch unklonbare Funktionen (PUFs) wurden vor zwei Jahrzehnten als DNA-ähnliche Materialeigenschaften entwickelt, die hauptsächlich in elektronischen Einheiten eingeführt wurden, um das Klonen dieser Einheiten zu erschweren. PUFs als analoge Einheiten leiden jedoch unter langzeitigen Inkonsistenzen aufgrund von Alterung, Betriebsbedingungen und anderen Faktoren. Dies führt zu einer Einschränkung der praktischen Verwendung von PUFs aufgrund ihrer hohen Komplexität und inhärenten Inkonsistenz. Das Konzept der digitalen geheimen unbekannten Chiffre (SUC) wurde vor einem Jahrzehnt von einem Forschungsteam der Technischen Universität Braunschweig als kostengünstige und konsistente Alternative zur herkömmlichen analogen PUF eingeführt. SUCs wurden so konzipiert, dass sie sich während eines einzigartigen, unwiederholbaren Ereignisses innerhalb eines elektronischen Geräts eigenständig zu klonresistenten Modulen umwandeln. Die sich selbstgenerierenden Module stellen unbekannte operative Chiffren dar. Diese Chiffren sollen wie eine biologische DNA-Identität funktionieren, die schwer zu duplizieren und sicher identifizierbar sind. Das SUC-Konzept ist ein völlig neues technologiebasiertes Sicherheitsparadigma in der öffentlichen Literatur. Das neue Paradigma geht davon aus, dass die einzigen perfekten Geheimnisse diejenigen sind, die niemand kennt. Solche Geheimnisse können im praktischen Sinne nur durch physische invasive Angriffe oder durch eine umfassende Suche erreicht werden, die eine kryptografisch signifikante und unerreichbare Komplexität besitzen.

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