Theo báo cáo từ IEEE Spectrum, các nhà nghiên cứu tại Đại học Adelaide vừa thử nghiệm thành công một phương pháp hoàn toàn mới để theo dõi trạng thái bật/tắt của các bóng bán dẫn (transistor) bên trong vi xử lý bằng cách sử dụng bức xạ Terahertz. Phát kiến này mở ra một kỷ nguyên mới cho việc kiểm tra, chẩn đoán lỗi bán dẫn, nhưng đồng thời cũng tạo ra một lỗ hổng phần cứng vô cùng nguy hiểm.

Cơ chế “Nhìn xuyên” vi xử lý

Để thực hiện được điều tưởng chừng như khoa học viễn tưởng này, hệ thống cần đến một thiết bị phòng thí nghiệm gọi là Máy phân tích mạng vector (VNA).

Quy trình tác chiến diễn ra như sau:

• Hệ thống VNA tạo ra một tín hiệu vi ba (microwave) với tần số và pha đã được xác định trước.
• Một bộ mở rộng tần số sẽ chuyển đổi tín hiệu vi ba này thành sóng Terahertz và chiếu trực tiếp vào một con chip đang hoạt động thông qua thấu kính hội tụ.
• Khi hàng tỷ bóng bán dẫn bên trong chip liên tục bật và tắt để xử lý dữ liệu, tín hiệu Terahertz dội lại sẽ bị biến đổi.
• Tín hiệu phản xạ này được thu lại, chuyển ngược về dạng vi ba và đưa qua một máy thu đồng bộ (homodyne quadrature receiver) để phát hiện ra những thay đổi cực nhỏ về biên độ và pha.

Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã phải “hack” lại hệ thống máy thu, bởi sóng Terahertz có kích thước vật lý lớn hơn chính các bóng bán dẫn mà nó quét qua, khiến việc đo lường trở nên cực kỳ khó khăn nếu không có các tinh chỉnh chuyên sâu.

Rào cản từ công nghệ chip 3D

Dù sở hữu tiềm năng chẩn đoán lỗi phần cứng vô song, công nghệ này vẫn đang gặp rào cản lớn với các kiến trúc vi xử lý hiện đại.

Đối với các dòng CPU sử dụng thiết kế chiplet xếp chồng 3D nhiều lớp phức tạp, bức xạ Terahertz hiện tại khó có thể nhận biết chính xác nó đang quét ở lớp nào nếu các lớp vật liệu phía trên cản trở tín hiệu. Các chuyên gia đang nghiên cứu cách tăng độ nhạy của thiết bị VNA để xuyên thấu được các cấu trúc bán dẫn dày đặc này.

Bóng ma bảo mật phần cứng

Điều khiến giới chuyên gia lo ngại nhất chính là khả năng đánh cắp thông tin. Nếu công nghệ này trưởng thành và rơi vào tay kẻ xấu, chúng hoàn toàn có thể sử dụng sóng Terahertz để “nghe lén” trực tiếp những gì CPU đang xử lý.

Sự nguy hiểm nằm ở chỗ: Mọi chuẩn mã hóa dữ liệu hiện tại đều trở nên vô dụng. Lý do là vì CPU luôn phải giải mã dữ liệu về dạng thô (plaintext) ngay bên trong nhân xử lý để tiến hành tính toán. Nếu kẻ tấn công soi thấu được quá trình này ở cấp độ bóng bán dẫn, chúng có thể trích xuất dữ liệu nhạy cảm ngay từ lõi chip mà không cần bẻ khóa phần mềm.

Đội ngũ an ninh mạng toàn cầu chắc chắn sẽ phải sớm bắt tay vào việc phát triển các biện pháp phòng vệ vật lý cho kiến trúc chip trong tương lai để đối phó với mối đe dọa này.