Vorhaben: Vertrauenswürdige Elektronik (ZEUS) - Verbundprojekt: Heterogene Photonik-Elektronik-Plattform für vertrauenswürdige Open-Source-Prozessoren "VE-Silhouette"

Abstract

Das Verbundprojekt „Silhouette“ verfolgte das Ziel, vertrauenswürdige photonisch-elektronische Hardware für sicherheitsrelevante Anwendungen zu entwickeln. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf echten Zufallszahlengeneratoren (True Random Number Generators, TRNGs) im Chip-Maßstab. Das übergeordnete Ziel bestand darin, eine standardisierte elektrooptische Plattform zu schaffen, die die Integration siliziumbasierter photonischer Technologien in offene Prozessorsysteme ermöglicht und damit zur Vertrauenswürdigkeit sicherheitskritischer Hardware beiträgt. Das Projekt betrachtete die gesamte Entwicklungskette von der Simulation und dem Entwurf photonischer und elektronischer Komponenten über die Systemarchitektur, Fertigung, Montage und Verbindungstechnik bis zur Charakterisierung und Bewertung auf Systemebene. Ein zentrales Ziel war die Realisierung integrierter Hochgeschwindigkeits-Zufallszahlengeneratoren, die nachprüfbare echte Zufälligkeit für sicherheitskritische Anwendungen bereitstellen können. Die Gruppe „Integrated Photonic Devices“ (IPD) an der Technischen Universität Dresden war innerhalb des Konsortiums für die Entwicklung siliziumbasierter photonischer Komponenten für die vertrauenswürdige photonische Quelle verantwortlich. Dies umfasste die Simulation, den Entwurf und die Charakterisierung relevanter Komponenten im Chip-Maßstab sowie den Entwurf eines CMOS-kompatiblen TRNG für die Integration in den Projektdemonstrator. Die Arbeiten bauten auf der bestehenden Expertise der IPD-Gruppe in der Simulation, dem Design und der experimentellen Charakterisierung integrierter photonischer Bauelemente, Schaltungen und Systeme auf. Die zentrale wissenschaftlich-technische Herausforderung bestand darin, die nichtlineare optische Dynamik in Siliziumnitrid zu nutzen, um Quantenfluktuationen in messbare Hochgeschwindigkeits-Zufallsbits umzuwandeln. Hierfür mussten photonische Bauelemente und Schaltungen so optimiert werden, dass sie eine hohe Leistung und Robustheit gegenüber fertigungsbedingten Schwankungen aufweisen.