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Technische Universität München

SmartCard Projektpraktikum

Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Tim Music [L]
Georg Sigl
Jonas Schupp
Nummer 0000001291
Art Forschungspraktikum
Semester Wintersemester 2024/25
Unterrichtssprache Deutsch
Stellung in Studienplänen Siehe TUMonline
Termine Siehe TUMonline

Teilnahmekriterien

Siehe TUMonline

Lernziele

Nach Durchführung des Moduls sind die Studierenden in der Lage, komplexe digitale eingebettete Systeme zu programmieren. Diese Fähigkeit wird im Rahmen des Designs einer Smart Card erworben, welche auf einer Mikrocontrollerplattform realisiert wird. Am Ende des Praktikums, haben die Studierenden eine funktionierende Smart Card implementiert, welche einen Datenstrom entschlüsseln kann. Die Studierenden sind mit Kommunkiationsprotokollen für Smart Cards vertraut, in der Lage Mikrocontroller zu programmieren, verstehen Gegenmaßnahmen gegen DPA Angriffe auf SmartCards und kennen grundlegende kryptographische Algorithmen

Beschreibung

Es soll in einem Team eine Chipkarte (Smart Card) zur Entschlüsselung eines Datenstroms, ähnlich zu einem PayTV-Einsatzszenario, mit der nötigen Sicherheit implementiert werden. Die Software soll für einen Microcontroller erstellt werden. Zur Verifikation der Sicherheit und Evaluierung von Gegenmaßnahmen werden Seitenkanalattacken durchgeführt.

Inhaltliche Voraussetzungen

Gute Kenntnisse im Bereich der digitalen Schaltungen, Grundlagen zu Mikrocontroller Programmierung und Debugging

Die folgenden Module sollten vor Durchführung dieses Moduls belegt werden:
- Kryptologie
- C/C++ Lab (or similar)

Des Weiteren wird folgender Kurs empfohlen:
- Secure Implementation of Cryptographic Algorithms

Lehr- und Lernmethoden

Neben der individuellen Betreuung werden zu Beginn des Projekts Einführungsveranstaltungen abgehalten und die Studierenden bei der Planung des Projekts unterstützt.

Lehrmethode:
Außerhalb von Präsenzterminen zu Beginn und zum Ende des Praktikums, erfolgt die Durchführung des Projekts in freier Zeiteinteilung wobei die Studierenden angehalten sind regelmäßige Gesprächstermine mit dem Tutor oder Betreuer zu vereinbaren in denen der Fortschritt des Projekts diskutiert wird. Die Praktikumsaufgabe wird von den Studierenden in Kleingruppen gelöst. Die Praktikumsräume des Lehrstuhls sowie die Unterstützung des Betreuers bei Problemen stehen den Studierenden während der gesamten Projektlaufzeit zur Verfügung.

Studien-, Prüfungsleistung

- Die Fähigkeit, komplexe eingebettete Systeme praktisch zu realisieren wird in Rahmen eines 30-minütigen Vortrags über das Projekt mit anschließender Diskussion nachgewiesen. Die Note trägt 50% zur Gesamtnote bei.
- Das theoretische Verständnis der behandelten Themen wird im Rahmen einer 10-minütigen mündlichen Prüfung abgeprüft. Die Note trägt 50% zur Gesamtnote bei.

Empfohlene Literatur

Handbuch der Chipkarten, Wolfgang Rankl und Wolfgang Effing, ISBN-13: 978-3-446-40402-1

Understanding Cryptography, Christof Paar and Jan Pelzl, ISBN-13: 978-3-642-04100-6

Links

Weitere Informationen

Das Praktikum wird im Winter- und Sommersemester angeboten.

Ablauf

In diesem Praktikum lernen die Studierenden, wie Angriffe auf Implementierungen kryptographischer Verfahren (sogenannte Seitenkanalattacken) funktionieren, und lernen Gegenmaßnahmen kennen, um diese Angriffe abzuwehren. Die Gruppengröße beträgt 2-3 Personen.
Die Angriffe werden mit sehr präzisen, hochauflösenden Oszilloskopen durchgeführt. Die Messdaten werden anschließend auf PCs mit MatLAB verarbeitet. Die kryptographischen Verfahren werden auf einem 8-bit Microcontroller implementiert, welcher über eine Standard-Schnittstelle mit einem Kartenleser angesprochen werden kann (ISO-UART 7816).

Einführungsveranstaltung: Vorstellung der Angriffsszenarien

Einführung DPA (Differential Power Analysis): Überblick über den AES-Algorithmus, Angriffsmöglichkeiten, Demonstration

Integrationsphase:

Herstellen einer Karte mit extrahiertem Schlüssel, Angriff auf die eigene Karte als Referenz

  • Aufteilung in 2 Teams:
  • Team A: Durchführung der DPA, Extraktion des Schlüssels, Dokumentation
  • Team B: Herstellen einer SmartCard mit Hilfe einer Mikrocontroller-Plattform, Aufbau einer Testumgebung, Protokoll-Implementierung

Zwischenpräsentation der Ergebnisse

Vorstellung der Gegenmaßnahmen:

  • Aufteilung in Teams:
  • Team A: Implementierung der Gegenmaßnahmen
  • Team B: Durchführung der DPA, Bewertung der Gegenmaßnahmen

Abschlusspräsentation

Termine der Vorlesungen und Präsentationen siehe oben.

Kontakt: Michael Gruber m.gruber(at)tum.de

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