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Design techniques for secure cryptographic circuits in deep submicron technologies

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8 1. Physical security in submicron technologies device and inversely proportional to the oxide thickness. As a first approximation, it has been estimated a minimum gate oxide thickness of about 30Å. A possible solution to reduce this phenomenon is to substitute silicon oxide with novel dielectric oxides, named high-k materials, with a higher dielectric constant. Nevertheless, static power consumption is given also by the sub-threshold currents and by the reverse-biased currents of a pn junction; as it will be shown in next sections, the overall amount of leakage in submicron devices is inversely proportional to the length L, and therefore it can reach noticeable values. In general, higher is the number of transistors and lower is the technology node, higher is the static power consumption of a circuit. Voltage drop Voltage drop is the percent variation of the nominal value of the supply voltage due to high currents drawn by the devices: higher is the number of devices, higher is the drop.The reduction of the supply voltage of digital circuits is a direct consequence of the technology scaling. In order to have a perspective of how much voltage supplies decreased in last 10 years, we can consider that a 0.6μm was supplied with a voltage of 5V, passing through 1.2V for the 0.13μm technology, down to less than 1V of modern 18nm technologies. Furthermore power consumption increased considerably due to the fact that the supply voltage decreases less than the increase of the adsorbed current, given that the number of transistors in a chip continues noticeably to grow with the reduction of dimensions. The adoption of higher working frequencies is another important factor. For all these reasons, the voltage drop has become an important issue in submi- cron circuits. Increasing the width of the power supply wires, the number of metal layers for the power supply wires, and the thickness of the power supply nets are possible solutions for the problem of voltage drop. 1.3 Physical security of cryptographic circuits: a re- view of Side-Channel Attacks (SCAs) After having introduced the topic of hardware design in deep submicron tech- nologies, in this section we are going to discuss the problem of physical security of cryptographic devices. A cryptographic primitive can be considered from two points of view: on a side, it can be seen as an abstract mathematical object or black box, which elaborates a specific amount of data through a secret key; on the other side, this primitive is implemented on a real device, with a specific circuit architecture on which a set of instructions are executed. Classical cryptanalysis has the purpose of reverse engineering an algorithm (i.e.: recovering the key of the algorithm with reasonable computational efforts) by studying its mathematical properties. Several efforts have been done with the aim of implementing more robust algorithms able to resist to all the most known cryptanalytic attacks, up to the point that very strong schemes have
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Design techniques for secure cryptographic circuits in deep submicron technologies

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Informazioni tesi

  Autore: Simone Bongiovanni
  Tipo: Tesi di Dottorato
Dottorato in Dottorato in ingegneria elettronica
Anno: 2015
Docente/Relatore: Alessandro Trifiletti
Correlatore: GiuseppeScotti
Istituito da: Università degli Studi di Roma La Sapienza
Dipartimento: Ingegneria elettronica
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 338

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Parole chiave

digital design
cryptography
leakage
power analysis attacks
side channel attacks
submicron technology
hardware security

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