Vertrauenswürdige Elektronik

Ein strategisches Forschungsfeld des Fraunhofer IPMS.

Vertrauenswürdige Elektronik

Vertrauenswürdige Elektronik

Mikroelektronik hat eine Schlüsselfunktion in unserer digitalisierten Gesellschaft. Smartphones und andere Alltagsgeräte bis hin zur industriellen Produktion, vernetzte Fahrzeuge, Kommunikationsnetze oder intelligente Medizintechnik – ohne Mikroelektronik undenkbar. Um Elektronik in diesen wichtigen Gebieten des täglichen Lebens sicher einsetzen zu können, muss sie zuverlässig und vertrauenswürdig sein. Bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen ist das gezielte Einbringen zusätzlicher Funktionalität, um Information über das System zu erlangen und so die Sicherheit zu umgehen, ein großes Risiko. Erleichtert wird dieses Vorgehen dadurch, dass die moderne Fertigung von elektronischen Bauelementen und Systemen heute in vielen Fabriken globalisiert verteilt ist. So erfolgen Wafer-Fertigung, Montage ins Gehäuse sowie der Endtest in spezialisierten Fertigungsstätten, die oft nicht zu einem Konzern gehören. Nur über die Begleitpapiere und aufgedruckte Seriennummern auf den Gehäusen lässt sich die Logistik nachverfolgen. Für sicherheitsrelevante Anwendungen reicht dieser Informationsfluss nicht aus. Er ist beliebig manipulierbar und schafft so kein Vertrauen in die Bauelemente.

Bei der sogenannten vertrauenswürdigen Elektronik („Trusted Electronics“) geht es um die Souveränität der Fertigungsprozesse, sodass sichergestellt ist, dass nur vertrauenswürdige Komponenten verbaut werden. Das bedeutet: Die Fertigungs- und Lieferkette muss zweifelsfrei nachverfolgt werden können. Die einzelnen Bestandteile und der Aufbau der elektronischen Komponenten müssen bekannt sein. Dies ist heute oft noch nicht möglich. Um hierfür Lösungen zu finden, engagiert sich das Fraunhofer IPMS innerhalb der Leitinitiative »Vertrauenswürdige Elektronik« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF.

Vertrauenswürdige Fertigung, Aufbau- und Verbindungstechnik

Themenbereich I

In der Fertigung von Mikroelektronik ist es üblich, dass verschiedene Prozesse innerhalb mehrerer global verteilter Foundries durchgeführt werden, wodurch die Nachverfolgbarkeit nicht immer gegeben ist. Eine Lösung, um die Vertrauenswürdigkeit der Elektronik dennoch zu gewährleisten, ist das sogenannte „Split Manufacturing“. Darunter versteht man den Ansatz, unkritische Basisprozesse getrennt von der Prozessierung der sicherheitsrelevanten Komponenten zu fertigen und aufzubauen. Dabei kann beispielsweise der Aufbau der CMOS-Backplane von der MEMS-Fertigung losgelöst werden. Im Sinne der vertrauenswürdigen Elektronik gilt es dabei, die IP der Einzelkomponenten zu schützen, Schnittstellen und Funktionalitäten zu erhalten und dennoch Sicherheitsmerkmale in Hard- und Software vorzusehen.

Vertrauenswürdige Bauelemente

Themenbereich II

Bei vertauenswürdigen Bauelementen geht es darum, sicherheitskritische elektrische Signale sicher zu übertragen, zu verarbeiten bzw. zu validieren und schließlich zurückzuwandeln. Allein photonische Übertragungskanäle, die beispielsweise auch in der Quantenkommunikation eingesetzt werden, bieten hier den Vorteil, kaum manipulierbar sowie abhörsicher zu sein.

Vertrauenswürdige Schaltungen & Systeme

Themenbereich III

Um die Vertrauenswürdigkeit einer elektronischen Komponente zu gewährleisten, wäre ein System von Vorteil, das alle Komponenten während der Fertigung mit einem fälschungssicheren Label ausstattet. Bisher scheiterte dies an den Kosten und der Größe der möglichen technischen Lösungen. Das Fraunhofer IPMS hat nun einen nur 1,5 mm² großen RFID-Tag entwickelt, der – integriert in jeden einzelnen mikroelektronischen Chip – die Vertrauenswürdigkeit sicherstellen kann.

 

BMBF Forschunsschwerpunkt

Vertrauenswürdigkeit

Um die Digitalisierung nach unseren Werten und Vorstellungen gestalten zu können, benötigen wir technologische Souveränität. Diese verstehen wir als Anspruch und Fähigkeit zur (Mit-)Gestaltung von Schlüsseltechnologien.