Fast, secure, and remote multiboot of FPGAs

Bu tez çalışmasının amacı, sahada programlanabilir kapı dizisi (Field Programmable Gate Array ya da FPGA) tabanlı güvenli sistemler meydana getirmek için verimli bir iskelet yapı oluşturmaktır. Bir FPGA, çalışma zamanı sırasında donanıma yeni bir yapılandırma verisi yüklenerek donanımını yeniden uyarlayabilme yeteneğine sahip bir tür yeniden yapılandırılabilir cihazdır. Fakat, yapılandırma verisi (bitstream) kolaylıkla taklit edilebilir ve kopyalama, üzerine ekleme, ya da tersine mühendislik gibi tehlikelere karşı korunması gerekmektedir. Birçok uygulama düşük maliyetliFPGA'ler kullanılarak gerçeklenebildiği halde, bahsedilen tehlikelere karşı koruyucu yöntemler ve özel donanımlar çoğunlukla üst seviye FPGA cihazlarında mevcuttur. Ayrıca, sadece üst seviye FPGA'ler Dinamik Kısmi Kendi Kendine YenidenYapılandırma (DPSR) özelliğini desteklemektedir. DPSR, FPGA'in çalışırken donanımının bir kısmını belli durumlarda kendi kendine değiştirmesidir. Bu tezde, fiziksel klonlanamaz fonksiyonlar (PUF) kullanılarak düşük maliyetli FPGAaygıtları için, donanımın doğasında bulunan ve donanımın üretimi esnasında meydana gelen karakteristik varyasyonlardan faydalanarak bir güvenlik şeması geliştirilmesi üzerinde durulmuştur. PUF, her bir cihaza özgü seri numaraları ve güvenlik anahtarları elde etmeyi sağlamaktadır. Bu tezde, PUF ve bulandırma adlı bir başka güvenlik yöntemi birleştirilerek sistemin taklit edilebilirliğini önlemek amaçlanmıştır. Bulandırma, bir devrenin tanımını ya da yapısını kasıtlı olarak değiştirerek çalışma zamanı sırasında işlevselliğini gizlemek üzerinedir. Bulandırma tekniği, RTL (Register-Transfer Language) seviyesinde gerçekleştirilmiştir ve PUF yöntemini bir sonlu durum makinesi içerisinde kullanarak cihazı yetkilendirmek ve kontrol etmek için kullanılmıştır. Daha sonra bu yöntemler güvenli çoklu yükleme (MultiBoot) tekniği ile birleştirilmiştir. MultiBoot, DPSR'dan farklı olarak, FPGA'in çalışırken tamamenyapılandırılmasını sağlamaktadır. Bunun yanı sıra, sisteme uzaktan bağlanabilme özelliği eklenerek sistemin ağ üzerinden denetimi sağlanmıştır. Ağ üzerindeki iletim zamanını azaltmak için bir bitstream sıkıştırma tekniği kullanılmıştır. Sonuçolarak, bu tez düşük maliyetli FPGA'li sistemlerde güvenli uzaktan MultiBoot için bir iskelet yapı oluşturmaktadır. Önerilen iskelet yapı örnek bir uygulama kullanılarakgerçeklenmiştir.