Tamper-Schutz-Folien

Elektronische Systeme werden mittels Sensorfolien vor Datenmanipulation geschützt

Manipulationsschutzfolie in Hochsicherheitsanwendungen

Tamper-Schutzfolie für Elektronische Systeme

© Fraunhofer EMFT/Bernd Müller
© Fraunhofer EMFT/Bernd Müller
© Fraunhofer EMFT
Ausschnitt einer Produktschutzfolie, bei der die Funktion des Auswertechips elektrisch überprüft wird

Angriffe auf Informationen und Daten auf einem Chip können gravierende Folgen haben, vor allem in sensiblen Bereichen wie kritischer Infrastruktur, im Banken- und Finanzwesen oder im Gesundheitsbereich.

Ziel des Projektes ist Informationen und Daten auf dem Chip mittels Sensorfolie zu sichern und vor ungewünschten Manipulationen und Angriffen zu schützen. Die Fraunhofer-Institute EMFT und AISEC haben ihre Kompetenzen in den Bereichen gedruckter Elektronik, Sicherheit und Mikroelektronik kombiniert, um Elektronik vor Ausspähversuchen zu schützen: Die innovative Lösung besteht aus einer Manipulationsschutzfolie mit einer elektrisch leitfähigen Gitterstruktur, die um die gesamte Platine gewickelt wird. Wird das Gitter im Betrieb beschädigt, initiiert dies automatisch ein Löschen der kritischen Informationen wie zum Beispiel kryptografischer Schlüssel.

Im Leistungszentrum „Sichere intelligente Systeme“ entwickeln die Fraunhofer-Institute EMFT und AISEC gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft Gesamtlösungen für intelligente Sensorik, sichere und robuste Vernetzung, Datenanalyse und -verarbeitung sowie Integrierte Sicherheit.

PUF-basierter (Physical Unclonable Function) Tamper-Schutz ermöglicht neue mobile Einsätze bei der erhöhten Sicherheit gegenüber den bisherigen Methoden. Manipulationen von außen werden dadurch detektiert, dass elektronische Systeme mit Sensorfolien umhüllt werden. Im Gegensatz zu den auf dem Markt vorhandenen Produkten bietet die aktuelle Lösung batterielosen Ansatz, in dem das Gerät sich nach dem Start selbst prüft, initialisiert und aus den physikalischen Eigenschaften der Folie einen elektronischen Schlüssel generiert, der für die sichere Identifikation und Datenübertragung genutzt wird. Individuelle Fertigungsschwankungen werden in der Folie als PUF vermessen, damit die Unversehrtheit von innen heraus überprüft wird. Entschlüsselung der gespeicherten Daten passiert nur dann, wenn die Folie völlig intakt ist, während das beschädigte Gitter automatisches Löschen der Information initiiert. Dank des neuen Designs wird nicht nur das kapazitive Verhalten der Kapazitätsknoten individuell gesteuert, sondern werden Unterbrechungen oder Kurzschlüssen auch vermieden. 

Die Schutzfolie ist eine nach außen hin sichtbare Komponente und wird an der Fraunhofer EMFT gefertigt. Ihr Kern besteht aus einem zweilagigen Leiterbahnnetz, das den gesamten Schutzbereich der Folie abdeckt. Abbildung zeigt eine Sicherheitsfolie mit einem Leiterbahnnetzwerk mit Elektroden der Breite 100µm in einem Abstand von 100µm. Die überlappenden Bereiche der Elektroden von Vorder- und Rückseite bilden die gemessenen Kapazitäten. Sie sind durch eine Schirmung beidseitig geschützt. Aus der Herstellungstoleranz der Folie ergibt sich eine Variation der Kapazitäten, aus der der eigentliche Schlüssel abgeleitet wird. Die Herstellungsvariation ergibt sich bspw. aus unterschiedlicher Oberflächenrauheit, minimalen Toleranzen der Leiterbahngeometrie, Materialverunreinigungen, etc. Wird ein Bohrangriff mit einem Durchmesser 300µm oder größer durchgeführt, werden immer Elektroden vollständig durchtrennt, so dass der Angriff bereits unabhängig von der Änderung in den Kapazitäten sicher erkannt wird.

Mit solchen PUF Strukturen werden einzigartige und nicht vorbestimmbare Schlüssel ermöglicht. Material und Sicherheit sind in diesem Projekt eng verzahnt, da jede Änderung in den Materialien auch die Sicherheitseigenschaften des Systems beeinflusst. Der Austausch zwischen Fraunhofer AISEC und EMFT garantiert das erfolgreiche Zusammenspiel von IT-Sicherheit und Fertigungstechnologie, damit Hacker und Datendiebe in Zukunft keinen Zugriff zur kritischen Information im Inneren der Chips bekommen können.

Bestandteile des Projektes

Expertise und Technologie der Fraunhofer-Institute innerhalb LZSiS ermöglichen Entwicklung des Schutzsystems gegen Datenmanipulation

PUF-basierte Tamper-Schutz mittels Sensorfolie

Dank der Expertise in Entwicklung der sicheren Hardware- und Software-Komponenten für die Cybersicherheit

Materialien

Beschaffung der Technologie, die die Herstellung einer Schutzfolie mit einem „einfacheren“ Lagenaufbau ermöglicht, zu Erhöhung der Ausbeute und Verbesserung von elektrischen Eigenschaften

Sicherheit

Um Sicherheit, Stabilität und Schutzniveau der Folie zu testen, wird das Biegeverhalten und die kapazitiven Eigenschaften charakterisiert sowie die Angriffstests durchgeführt