Mitigating Thermal Side-Channel Vulnerabilities in FPGA-Based SiP Systems Through Advanced Thermal Management and Security Integration Using Thermal Digital Twin (TDT) Technology
Notice bibliographique
Résumé
Side-channel attacks (SCAs) are powerful techniques used to recover keys from electronic devices by exploiting various physical leakages, such as power, timing, and heat. Although heat is one of the less frequently analyzed channels due to the high noise associated with thermal traces, it poses a significant and growing threat to the security of very large-scale integrated (VLSI) microsystems, particularly system in package (SiP) technologies. Thermal side-channel attacks (TSCAs) exploit temperature variations, risking not only hardware damage from excessive heat dissipation but also enabling the extraction of sensitive data, like cryptographic keys, by observing thermal patterns. This dual threat underscores the need for a synergistic approach to thermal management and security in designing integrated microsystems. In response, this paper presents a novel approach that improves the early detection of abnormal thermal fluctuations in SiP designs, preventing cybercriminals from exploiting such anomalies to extract sensitive information for malicious purposes. Our approach employs a new concept called Thermal Digital Twin (TDT), which integrates two previously separate methods and techniques, resulting in successful outcomes. It combines the gradient direction sensor scan (GDSSCAN) to capture thermal data from the physical field programmable gate array (FPGA), which guarantees rapid thermal scan with a measurement period that could be close to 10 μs, a resolution of 0.5 ∘C, and a temperature range from −40 ∘C to 140 ∘C; once the data are transmitted in real time to a Digital Twin created in COMSOL Multiphysics® 6.0 for simulation using the Finite Element Method (FEM), the real time required by the CPU to perform all the necessary calculations can extend to several seconds or minutes. This integration allows for a detailed analysis of thermal transfer within the SiP model of our FPGA. Implementation and simulations demonstrate that the Thermal Digital Twin (TDT) approach could reduce the risks associated with TSCA by a significant percentage, thereby enhancing the security of FPGA systems against thermal threats.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».