إخفاء الأجهزة

التمويه المادي هو أسلوب يتم من خلاله تعديل وصف أو بنية الأجهزة الإلكترونية لإخفاء وظائفها عمداً ، مما يجعل عملية الهندسة العكسية أكثر صعوبة بشكل كبير .

يستخدم مهندسو ومصممو الإلكترونيات تقنيات التمويه لجعل فهم عملهم أكثر صعوبة على الآخرين الذين قد يرغبون في هندسته عكسيًا لأي سبب. عادةً، يُعدّل تمويه الأجهزة التصميم بطريقة تجعل البنية الناتجة غير واضحة للمهاجم. ^{[ 1 ]} يمكن أن يكون تمويه الأجهزة من نوعين حسب منصة الأجهزة المستهدفة: (أ) تمويه أجهزة معالج الإشارات الرقمية (DSP ) - يُجري هذا النوع من التمويه تحويلًا عالي المستوى على تمثيل مخطط تدفق البيانات لنواة معالج الإشارات الرقمية لتحويله إلى شكل غير معروف يعكس بنية غير واضحة على مستوى RTL أو مستوى البوابات. يُطلق على هذا النوع من التمويه أيضًا اسم "التمويه الهيكلييُطلق على نوع آخر من أساليب إخفاء نواة معالجة الإشارات الرقمية اسم "التمويه الوظيفي - يستخدم هذا النوع مزيجًا من تشفير AES ووحدات قفل IP الأساسية (ILBs) لقفل وظائف معالج الإشارات الرقمية (DSP) باستخدام بتات مفتاحية. وبدون تطبيق تسلسل المفاتيح الصحيح، ينتج معالج الإشارات الرقمية إما مخرجات خاطئة أو لا ينتج أي مخرجات على الإطلاق ^{[ 2 ].} (ب) التمويه التوافقي/التسلسلي للأجهزة - يُجري هذا النوع من التمويه تغييرات على بنية مستوى البوابات للدائرة نفسها. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

في جوهرها، تختلف هذه التقنية عن العلامات المائية الرقمية (حيث تُخفى الملكية في المحتوى الرقمي نفسه)، أو عن العلامات المائية للملكية الفكرية للأجهزة ^{[ 5 ]} حيث تُضمّن معلومات الملكية وتُخفى في وصف الدائرة . كما تختلف عن تقنيات حماية الملكية الفكرية للأجهزة القائمة على التشفير، الشائعة في تصميم مصفوفات البوابات المنطقية القابلة للبرمجة الميدانية . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

ازدادت أهمية العلامات المائية للأجهزة في السنوات الأخيرة نتيجةً لانتشار استخدام ممارسات تصميم الدوائر المتكاملة الحديثة القائمة على الملكية الفكرية للأجهزة ، مثل أنظمة على رقاقة (SoC). تشمل أبرز المشكلات الأمنية المرتبطة بالملكية الفكرية للأجهزة ما يلي: (أ) انتهاك الملكية الفكرية للأجهزة أثناء تصميم أنظمة على رقاقة؛ (ب) الهندسة العكسية للدوائر المتكاملة المصنعة أو قاعدة بيانات تصميم الدوائر المتكاملة (في مرافق التصنيع ) لإنتاج دوائر متكاملة مزيفة أو مقلدة؛ (ج) التعديلات الخبيثة على الملكية الفكرية من خلال إدخال برامج خبيثة (حصان طروادة) للأجهزة لإحداث خلل وظيفي أثناء التشغيل . يهدف التمويه على مستوى الأجهزة إلى تقليل هذه المخاطر على مستوى الملكية الفكرية أو الرقاقة، وذلك بجعل فهم الوظيفة الفعلية للتصميم أمرًا صعبًا على المهاجم .

يمكن تصنيف تقنيات إخفاء الأجهزة إلى فئتين رئيسيتين: (أ) التقنيات "السلبية"، التي لا تؤثر بشكل مباشر على وظائف النظام الإلكتروني ، و(ب) التقنيات "الفعالة"، التي تُغير وظائف النظام بشكل مباشر. غالبًا ما تكون تقنيات إخفاء الأجهزة الفعالة "قائمة على المفاتيح"، بحيث لا يمكن تفعيل الوظائف الطبيعية للتصميم المُخفى إلا من خلال تطبيق مفتاح واحد مُحدد مسبقًا أو سلسلة من المفاتيح السرية عند المدخل؛ وإلا ستعمل الدائرة في وضع يُظهر وظائف غير صحيحة. يمكن تحقيق ذلك عن طريق تضمين آلة حالة محدودة (FSM) مخفية جيدًا في الدائرة للتحكم في أوضاع التشغيل بناءً على تطبيق المفتاح. تُشبه تقنية إخفاء الأجهزة الفعالة القائمة على المفاتيح من حيث المبدأ أساليب التشفير بالمفتاح الخاص لحماية المعلومات ، حيث تلعب "سلسلة المفاتيح" للتصميم المُخفى دورًا مشابهًا لدور مفتاح التشفير. يمكن تطبيق هذه التقنية على مستويات مختلفة من وصف الأجهزة، وتحديدًا على مستوى البوابات أو مستوى نقل السجلات (RTL)، وبالتالي يمكن استخدامها لحماية وحدات الملكية الفكرية البرمجية والصلبة والبرمجية. ^{[ 8 ]} كما يمكن أن يساعد التمويه في إخفاء ميزات الأمان في الدوائر المتكاملة بشكل فعال، مما يتيح حمايتها من التزييف والاستنساخ في مرافق التصنيع. ^{[ 9 ]}

على النقيض من ذلك، تُعدّل التقنيات السلبية وصف الدائرة بشكل غير مباشر (مثل التغييرات النحوية)، مما يُصعّب على القارئ البشري فهم وظائفها. وتستخدم هذه الأساليب عادةً إما استبدال السلاسل النصية (بما في ذلك تغيير أسماء المتغيرات، وإزالة التعليقات، وما إلى ذلك) ^{[ 10 ]} أو تغييرًا هيكليًا في وصف لغة وصف الأجهزة (HDL) للدائرة (بما في ذلك فك الحلقات ، وإعادة تسمية السجلات ، وما إلى ذلك) ^{[ 11 ]} . ومن أبرز عيوب الأساليب السلبية أنها لا تُعدّل وظائف الصندوق الأسود للدائرة، وبالتالي لا يمكنها منع الاستخدام المحتمل لملكية فكرية كصندوق أسود في التصميم. علاوة على ذلك، فإن فعالية هذا التمويه السلبي محل نقاش، إذ لا يوجد ، بشكل عام، تمويه للصندوق الأسود ، على الأقل بالنسبة لبرامج الحاسوب التي تحسب دوالًا رياضية معينة ^{[ 12 ]} .

يمكن استخدام تقنية التوقيع الرقمي للأجهزة بالتزامن مع تقنية إخفاء الأجهزة. في التصميم المُخفى، يمكن أن يكون التوقيع الرقمي فعالاً في توفير خط دفاع ثانٍ ضد محاولات النسخ غير المرخصة. ^{[ 13 ]}

ربما يعود أصل إخفاء مكونات الأجهزة في الحوسبة إلى وحدات المعالجة المركزية للحواسيب المركزية، وخاصة تلك التي صنعتها شركة IBM خلال الستينيات والسبعينيات. وللحفاظ على ميزة تنافسية، قامت IBM بتطبيق رموز تشغيل سرية لا يستخدمها إلا نظام التشغيل المغلق المصدر على الحاسوب المركزي.

• إخفاء الشفرة
• حصان طروادة للأجهزة (الحوسبة)
• وضع العلامات المائية على الأجهزة