成本超低的真正隨機與物理性指印

Ultra-low-cost true randomness AND physical fingerprinting
http://tshb.livejournal.com/2989.html

Sep. 10th, 2007 01:01 pm

作者建議閱讀作者朋友 Dan Holcomb 最近關於低成本隨機亂數序列產生的文章： "Initial SRAM State as a Fingerprint and Source of True Random Numbers for RFID Tags" （PDF 檔，http://prisms.cs.umass.edu/~kevinfu/papers/holcomb-FERNS-RFIDSec07.pdf，免責聲明，作者涉入討論，並導致這篇論文的發表。


為何這麼酷？

這在 IC 當中利用變化穩定度（meta-stability）與熱雜訊（thermal noise）的構想並不新奇，事實上那是許多熱門的，真正隨機的亂數產生方案的基礎。這個方案新鮮之處在於 Halcomb 所提議，利用電腦現存之 RAM 收穫真正的隨機亂數，而不用增加認一個電晶體的技術。此外，這個方案還有一個附加利益，與裝置相關的熵（tied entropy）能被收集，這能夠可靠地鑑別單一裝置。

這些新技術適用於幾乎是所有種類的電腦，從桌上型 PC 到便宜的 RFID 晶片，而且有可能帶來更好的隨機亂數產生與裝置相關的功能，以降低裝置的成本與資源。更棒的是，某些裝置或許只要經由軟體升級，就能夠享有其裝置的新利益。


它如何辦到？

如同我們所知，當電腦關機時，它的記憶體會釋放（looses）其狀態（state）。不過當電腦先關機時，何謂 RAM 的狀態呢？答案是 RAM 在其 power cycle 中首次被寫入之前，每一位元的狀態。這有很大的部份是依賴其電晶體在製造時所採用的印刷方式。這些位元會落入三類型：

1. 起先（幾乎）都是 0
2. 起先是 0 或 1，並具有某些機率均等的或然率（even probability）
3. 起先（幾乎）都是 1

藉由完成數次 power cycles，並且在每一 bank RAM 的開機狀態上做某些統計，一台電腦就能夠創造出每一個 bank 的 profile，記錄位元的上述三種狀態。這些 profile 可以當成指印（fingerprint），每一 bank 的 RAM 都會獨一無二。既然知道每一位元都會在每一個 power cycle 改變，這些位元就能當作真正隨機的來源。（而非「虛擬隨機 [pseudo-randomess]」，那沒有什麼價值。）作者在此並沒有提到特殊的演算法，那用來確保所有過程安全無虞，你能在論文中找到它。


未來工作

雖然熱雜訊被廣泛地認可適合用來作為硬體隨機序列產生，但作者想見到這項研究能以（很酷的方式）基於溫度的鑑定攻擊（identification attacks）來檢驗，一如它像 Steven Murdoch 的 "Hot or Not: Revealing Hidden Services by their Clock Skew" 那樣影響時脈偏斜（clock skew）。

作者幫不上忙，不過想知道敵方是否有辦法（例如透過時脈偏斜）得知一個晶片的細緻溫度資訊，以攻擊 Holcomb 的隨機方案。

※ 相關報導：

＊ 真正隨機的亂數產生器上線