Security-Driven Design of Real-Time Embedded Systems

Abstract

R eal-time embedded systems (RTESs) have been widely used in modern society. And it is also very common to find them in safety and security critical applications, such as transportation and medical equipment. There are, usually, several constraints imposed on a RTES, for example, timing, resource, energy, and performance, which must be satisfied simultaneously. This makes the design of such systems a difficult problem.More recently, the security of RTESs emerges as a major design concern, as more and more attacks have been reported. However, RTES security, as a parameter to be considered during the design process, has been overlooked in the past. This thesis approaches the design of secure RTESs focusing on aspects that are particularly important in the context of RTES, such as communication confidentiality and side-channel attack resistance.Several techniques are presented in this thesis for designing secure RTESs, including hardware/software co-design techniques for communication confidentiality on distributed platforms, a global framework for secure multi-mode real-time systems, and a scheduling policy for thwarting differential power analysis attacks.All the proposed solutions have been extensively evaluated in a large amount of experiments, including two real-life case studies, which demonstrate the efficiency of the presented techniques.The research presented in this thesis has been funded by CUGS (the National Graduate School in Computer Science in Sweden) and VR (the Swedish Research Council).v Populärvetenskaplig Sammanfattning I nbyggda realtidssystem används idag i stor utsträckning i vårt moderna samhälle. Detär mycket vanligt att hitta dem i säker-hetskritiska tillämpningar såsom transport-och medicinsk utrustning. Vanligtvis har inbyggda realtidssystem flera designbegränsningar och krav gällande till exempel timing, resurser, energi och prestanda, som måste vara uppfyllda samtidigt. Detta gör utformningen av sådana system till ett mycket svårt problem.Under senare tid har säkerheten i inbyggda realtidssystem blivit en viktig konstruktionsaspekt eftersom fler och fler attacker har rapporterats. Tidigare har säkerhetskraven i inbyggda realtidssystem inte betraktats som designparametrar under själva designprocessen. Denna avhandling fokuserar bland annat på utformningen av säkra inbyggda system, huvudsakligen på aspekter somär särskilt viktiga i samband med realtidssystem, till exempel kommunikationssekretess och motstånd mot sidokanalattacker.I denna avhandling presenteras tre olika tekniker för att utforma säkra inbyggda realtidssystem. Först en teknik för hård-och mjukvaru co-design för kommunikationssekretess för distribuerade plattformar, sedan ett globalt ramverk för säkra multi-mode system och slutligen en schemaläggningspolicy för motstånd mot sidokanalattacker.Samtliga de föreslagna lösningarna har utvärderats i stor omfattning med en stor mängd experiment, inklusive två fallstudier som visar effektiviteten hos de presenterade teknikerna.vii

Embedded System Training Kit for Artificial Intelligence

“…The application of embedded systems that we often encounter is in cars, motorbikes, household electronic equipment, and airplanes. Embedded systems have the advantages of saving energy and costs, real-time timers, and multi-mode operation [17,18]. The embedded system block diagram generally is shown in Fig.…”

Perancangan Embedded System untuk Kendali Rumah Burung Walet Berbasis ATmega8

“…Pengaplikasian sistem tertanam yang sering kita jumpai yaitu pada mobil, motor, peralatan elektronik rumah tangga, dan pesawat terbang. Sistem tertanam memiliki keunggulan hemat energi dan biaya, pewaktu realt-time, serta multi-mode operation [10].…”