Moderne Computerchips werden heute nicht mehr von einem einzigen Hersteller entworfen. Stattdessen bestehen sie aus vielen sogenannten IP-Blöcken – fertigen Schaltungsbausteinen, die verschiedene Firmen entwickeln und austauschen. Das beschleunigt die Entwicklung, macht die wertvollen Designs aber auch angreifbar: Sie können per Reverse Engineering, dem Nachbauen einer Technik durch genaues Untersuchen, kopiert oder unerlaubt weiterverwendet werden. Diese Gefahr wächst rasant, weil mittlerweile auch Künstliche Intelligenz die Funktionsweise eines Hardware-Designs erkennen kann. Schutzmaßnahmen wie digitale Wasserzeichen im Code oder strenge Zugriffsregeln reichen kaum noch aus, um solche Zugriffe zu verhindern.

Das ERC-Projekt MIRAGE wird an dieser Schwachstelle ansetzen: dem Austausch von RTL-Code (register transfer level, einer Beschreibungssprache für Chip-Schaltungen) zwischen Unternehmen, noch bevor ein Chip gefertigt wird. MIRAGE zielt darauf, automatisch alternative Varianten des für die Weitergabe vorgesehenen RTL-Codes zu erzeugen. Die Varianten sind funktional identisch zum Original, beschreiben also einen Baustein mit exakt gleichen Eigenschaften, wie zum Beispiel Geschwindigkeit oder Energieverbrauch, sind aber für KI-Systeme deutlich schwerer wiederzuerkennen oder zu stehlen. Ein Lizenznehmer soll den Code uneingeschränkt nutzen können, während die automatisierte Extraktion des zugrundeliegenden Geschäftsgeheimnisses – insbesondere der spezifischen Designidee – durch moderne KI-Verfahren extrem erschwert wird und idealerweise mit vertretbarem Aufwand praktisch nicht mehr durchführbar ist.

Die Forschenden setzen im Rahmen von MIRAGE auf selbstlernende Algorithmen, um Code-Varianten zu erzeugen, und garantieren mit Vergleichssimulationen die korrekte Funktion. Zudem wird getestet, ob moderne KI-Modelle, die Programmcode verstehen, wirklich an der Erkennung der von MIRAGE erzeugten Code-Varianten scheitern.

Zielgruppen sind vor allem Hersteller von Chip-Bausteinen, Designhäuser und Open-Hardware-Konsortien, die RTL-Code in der Entwicklungsphase teilen oder lizenzieren. Der Bedarf in der Industrie ist groß. Unternehmen wie Intel, KOBIL, und Synopsys haben bereits ihr Interesse an MIRAGE signalisiert und Unterstützung zugesagt.

„Letztlich soll das Projekt Innovation und Wettbewerbsfähigkeit der Halbleiterbranche schützen – offene Zusammenarbeit dort ermöglichen, wo sie sinnvoll ist, und Schutz dort bieten, wo er für kritische Industrien und Alltagstechnologien notwendig ist“, sagt Ahmad-Reza Sadeghi, Professor für Systemsicherheit an der TU Darmstadt, der MIRAGE leitet.

MIRAGE ist angesiedelt am Fachbereich Informatik (Forschungsfeld Information and Intelligence (I+I)). Es baut als Proof-of-Concept-Projekt auf dem Projekt HYDRANOS auf, für das Sadeghi 2022 mit einem ERC Advanced Grant ausgezeichnet wurde. HYDRANOS nutzt nachträglich anpassbare Komponenten im Chip, um Hardware besser gegen Angriffe über Software-Schwachstellen wappnen. MIRAGE erhöht die Sicherheit der Chipentwicklung, indem bereits beim Austausch von Bauplänen das zugrunde liegende geistige Eigentum wirksam geschützt wird.

sip