Description du sujet de thèse

Les besoins croissants de traitement de l'information à la périphérie pour une faible latence, des vitesses élevées et des objectifs d'efficacité énergétique, en tirant parti de l'informatique de périphérie ainsi que des dispositifs IoT (75 milliards prévus d'ici 2025) pour la collecte et le traitement des données, exigent des couches de sécurité plus robustes et plus fiables pour garantir l'intégrité du matériel et la sécurité de l'information. Les couches de sécurité constituent un élément fondamental de notre infrastructure matérielle et numérique et remplissent plusieurs fonctions essentielles, par exemple en garantissant qu'un sous-système matériel n'est pas contrefait, qu'un client dispose de droits d'authentification sur un serveur ou que les données générées/traitées proviennent d'un accélérateur non corrompu. La contrefaçon constitue une menace sérieuse pour la sécurité des systèmes à grande échelle reposant sur l'intégration de plusieurs sous-systèmes. Par exemple, des puces contrefaites ont été découvertes dans des missiles balistiques et des avions de chasse. En outre, l'échange massif de données sensibles dans le contexte de l'informatique périphérique pour des applications telles que la conduite autonome, exige que les pièges ne soient pas exploités par un attaquant pour compromettre la sécurité de la plate-forme.
L'objectif de ce travail sera de développer de nouvelles couches de sécurité qui ne reposent pas sur le stockage physique d'une clé secrète numérique en mémoire, potentiellement accessible en exploitant les vulnérabilités du logiciel ou du matériel. Les fonctions physiques non clonables (PUF) représentent une classe récente de couches de sécurité qui peuvent être utilisées pour des applications en cryptographie, par exemple, le chiffrement de bout en bout, la blockchain, le stockage sécurisé des données, etc. Les tolérances de fabrication dans les plateformes CMOS garantissent le caractère intrinsèquement non clonable des PUFs et contribuent à la complexité de leur comportement pour des architectures bien conçues.
Bien que les PUF électroniques soient actuellement prédominantes, il a été démontré qu'elles sont vulnérables aux attaques par apprentissage automatique. À l'inverse, les PUF photoniques ont démontré une résistance accrue aux attaques par apprentissage automatique en raison de leurs réponses plus riches et d'un plus grand nombre de quantités physiques pour la génération de clés, par exemple la phase, l'amplitude, la polarisation, ainsi que d'une stabilité supérieure et de multiples implémentations de non-linéarités optiques.
Dans le cadre du projet de recherche NEUROPULS (NEUROmorphic energy-efficient secure accelerators based on Phase change materials aUgmented siLicon photonicS) d'Horizon Europe, le groupe Engineering and Conversion of Light (i-LUM) de l'INL a pour objectif de développer de nouvelles PUF photoniques au silicium pour l'intégrité du matériel et la sécurité des informations. Ce travail permettra à l'INL et aux autres partenaires du consortium impliqués dans les tâches de sécurité d'explorer divers protocoles de sécurité au niveau des prototypes (les puces photoniques seront fabriquées par le CEA-LETI sur une plateforme photonique en silicium unique au monde avec des matériaux III-V et à changement de phase intégrés de manière monolithique) pour la prochaine génération d'accélérateurs matériels basés sur des architectures neuromorphiques photoniques interfacées avec des processeurs centraux RISC-V pour cibler les applications de calcul de pointe.
Activités
Cette thèse a pour but d'explorer de nouvelles implémentations de PUFs photoniques basées sur des approches Silicon Photonics compatibles CMOS pour des applications en intégrité matérielle (identification) et en sécurité de l'information (authentification sécurisée, signature de données, cryptage...).
Les travaux comprendront (i) l'exploration de diverses architectures photoniques au moyen de simulations au niveau du système en tenant compte du rôle des tolérances de fabrication sur la modélisation du dispositif, (ii) l'évaluation expérimentale des performances des prototypes (fabrication réalisée par le CEA-LETI), (iii) la réalisation d'une analyse expérimentale en termes de robustesse et de fiabilité en exploitant des techniques bien connues des communautés PUF et de la fiabilité, et (iv) la proposition de nouvelles conceptions et stratégies de dispositif/système pour construire des PUF plus robustes et plus fiables. Le travail comprendra la modélisation comportementale et au niveau du système de dispositifs et d'architectures photoniques, l'analyse de la robustesse et de la fiabilité des architectures conçues et la proposition de nouvelles solutions au niveau de la conception et du système.
Compétences
Vous avez ou êtes sur le point d'obtenir un MSc en ingénierie électronique ou physique avec une forte expérience dans au moins un des domaines suivants : conception de circuits intégrés analogiques / numériques / photoniques, modélisation multidisciplinaire ou au niveau système. Une expérience préalable dans la conception et la caractérisation de dispositifs/systèmes photoniques est un plus. Excellentes compétences en communication écrite et verbale en anglais. La maîtrise du français est également un atout, mais n'est pas obligatoire.

Contexte de travail

Des qualités de travail à la fois en autonomie et en collaboration avec l'équipe de recherche sont attendues.
L'Institut de Microélectronique Electromagnétisme et Photonique et le LAboratoire d'Hyperfréquences et de Caractérisation ( IMEP-LAHC) forment une Unité Mixte de Recherche "UMR 5130" (CNRS / Grenoble INP / UGA/ Université SAVOIE Mont-Blanc) de 110 personnes.
Le laboratoire est localisé sur deux sites géographiques :Grenoble (38) et Le Bourget du Lac (73) distants d'environ 70 km.
Vous serez basé sur le site de l'IMEP-LaHC à Grenoble au sein de l'équipe PHOTO qui a une forte expertise dans le domaine de la photonique intégrée.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Néant