Forsker ved hjælp af computersyn, maskinlæring for at sikre integriteten af ​​integrerede kredsløb

David Crandall er lektor ved School of Informatics, Computing and Engineering ved Indiana University Bloomington. Han, Sara Skrabalak og Martin Swany er de første IU-forskere, hvis arbejde videreføres gennem Indiana Innovation Institute, eller IN3.

IN3, et statsdækkende anvendt forskningsinstitut, er sammensat af topledere fra den akademiske verden, regering og industri. Det søger at løse problemer i den virkelige verden, som påvirker industrien og det amerikanske forsvarsministerium på en hurtigere, mere effektiv og omkostningseffektiv måde. I øjeblikket, det er engageret i projekter med fokus på pålidelig mikroelektronik, hypersonic, elektro-optik og målmaskinelæring.

Crandall var venlig nok til at besvare spørgsmål om sit arbejde med computervision og maskinlæring og om fordelene ved at oprette forbindelse til IN3.

Sp:Fortæl os om dit arbejde med pålidelig mikroelektronik.

David Crandall:Vores rolle i dette projekt er at bruge computervision og maskinlæringsteknikker til at hjælpe med at sikre integriteten af ​​forsyningskæden omkring mikroelektronik. En måde er at bruge computersyn til at inspicere integrerede kredsløb for at se, om der er noget mistænkeligt, der kan tyde på, at de er beskadigede eller forfalskede.

Målet med computersyn er, at computere skal kunne forstå den visuelle verden, som folk gør. Computere har været i stand til at tage og gemme billeder i årtier, men de har ikke været i stand til at vide, hvad der er på et foto - hvilke genstande og mennesker er på det, hvad sker der, og hvad der er ved at ske. Folk gør dette automatisk, næsten øjeblikkeligt, og vi tænker intet over det. Det er virkelig svært for en computer. Men computersyn ændrer det, og området har gjort store fremskridt i de sidste par år.

Udfordringen ved det computersynsarbejde, vi laver med IN3 – og med en masse problemer i den virkelige verden – er, at det kræver meget finkornet analyse. Vi forsøger ikke at skelne katte fra hunde eller biler fra fodgængere; vi forsøger at finde meget subtile forskelle i integrerede kredsløb, der kan signalere et problem. Det er virkelig udfordringen:at bringe teknikker, der har været succesfulde i de sidste par år inden for forbrugerfotografering, til dette nye felt, der har unikke udfordringer.

Q:Hvorfor er det vigtigt at overvåge integrerede kredsløb?

DC:Integrerede kredsløb danner grundlaget for alle enheder, vi bruger på daglig basis, fra mobiltelefoner til kritisk national infrastruktur. Det er virkelig vigtigt, at kredsløbene i disse enheder er pålidelige, at de gør, hvad de siger, og at de er bygget efter de specifikationer, som vi har brug for, at de skal bygges efter.

Elektroniske enheder og integrerede kredsløb fremstilles på fabrikker over hele verden. De krydser en kompliceret forsyningskæde for at komme mellem, hvor de er fremstillet, og hvor de er placeret i enheder. Meget kan gå galt i den proces. Integrerede kredsløb kan byttes eller udskiftes af forskellige årsager - folk, der ønsker at tjene lidt ved at erstatte en billigere enhed med en, der er dyrere, eller af mere ondsindede årsager som hacking. Vi ønsker at sikre integriteten af ​​de integrerede kredsløb, så de enheder, der er bygget ud af dem, gør, hvad de skal.

Problemet er virkelig vigtigt. Det moderne samfund afhænger af det sikre, sikker, pålidelig drift af digitale enheder. Hvis de ikke kan stole på, der river meget af det, vores samfund er baseret på. Vi – forskere i staten Indiana – er i en unik position til at angribe dette problem på grund af Purdues ekspertise inden for mikroelektronik; Naval Surface Warfare Center Cranes evner; og IU's ekspertise med kemi, maskinlæring og engineering. Vi er på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt for at have en reel indflydelse på dette problem.

Q:Hvordan overvåger du integrerede kredsløb? Hvilke udfordringer er der?

DC:Min forståelse er, at nuværende tilgange til at opdage forfalskede enheder enten er begrænset i deres nøjagtighed eller skal udføres i hånden, hvilket er dyrt og tidskrævende. Hvis vi kan skabe nye automatiserede teknikker, der kan supplere eller forbedre disse tilgange, vi kan potentielt sikre, at flere enheder bliver inspiceret.

Der er mange mulige tilgange. Den ene er at bruge computersyn til at inspicere overfladen af ​​en pakke af et integreret kredsløb, kontrollere varenummeret og lede efter mistænkelige visuelle funktioner, der kan indikere, at det er blevet ændret. En anden tilgang bruger Sara Skrabalaks arbejde med at tilføje uklonbare fingeraftryk til integrerede kredsløbspakker og bruge computervisionsteknikker til at verificere, at de er autentiske. Vi kan også inspicere det integrerede kredsløbs interne kredsløb ved hjælp af forskellige billeddannelsesteknikker.

Q:Hvordan har dine forbindelser med IN3 gavnet dit arbejde?

DC:En spændende vision for IN3 er at samle grupper af mennesker, der arbejder inden for forskellige områder, som måske ellers ikke havde tænkt på at samarbejde med hinanden, for i fællesskab at løse store problemer, som ingen af ​​os kunne løse individuelt. Det er ikke kun at samle grupper på IU, men også skabe stærkere forbindelser mellem IU og Purdue, Notre Dame og NSWC Crane.

Jeg arbejder med computersyn og kunstig intelligens. Vi leder efter måder at anvende disse teknikker på nye, vigtig, spændende problemer. Når vi anvender dem, vi opdager nye tekniske udfordringer, hvilket får os til at gå tilbage til tegnebrættet for at skabe nye, bedre algoritmer. Jeg har ikke dyb ekspertise inden for mikroelektronik, så jeg ville ikke være i stand til at påvirke dette felt alene. At samarbejde med eksperter via IN3 vil være måden, vi påvirker deres felt på og bringer vigtige, interessante problemer for os også at arbejde med.

Q:Hvad kan nogle slutresultater være, når teknologien er bredt udbredt?

DC:Slutmålet er at hjælpe med at transformere mikroelektroniksikkerhed, så vi kan have mere tillid til de enheder, vi er afhængige af, fra stemmemaskiner til mobiltelefoner til bærbare computere til kritisk infrastruktur over hele landet. Der var en nylig historie i Bloomberg om kritisk hardware, der måske var blevet hacket. Uanset om den historie var sand eller ej, motivationen bag vores projekt er at sikre, at sådan noget ikke sker i fremtiden.