Derzeit erleben wir die Ära, in der durch die zunehmende Verbreitung von miteinander verbundenen, eingebetteten Geräten sich das sogenannte "Internet of Things" (IoT) manifestiert. Obwohl derartige Endgeräte oft als "smarte Objekte" bezeichnet und ihnen somit eine gewisse Intelligenz unterstellt wird, ist aus Perspektive der IT-Sicherheit oftmals das Gegenteil der Fall. Die Einwirkung der Märkte im Bereich kommerzieller IoT-Geräte führt zur Minimierung der Herstellungskosten sowie der Produkteinführungszeiten. Dieser weit verbreitete Trend hat einen direkten, desaströsen Einfluss auf die Sicherheitseigenschaften der Geräte. Eine Großzahl aktuell genutzter und zukünftig produzierter Plattformen implementieren keinerlei oder nur unzureichende Sicherheitsmechanismen. Vor allem das Fehlen sicherer Hardware-Komponenten, unterbinden oftmals die Implementierung sicherer Protokolle und Anwendungen.

Diese Arbeit widmet sich einem grundsätzlichen Lösungsansatz, welcher es erlaubt, kommerzielle, eingebettete Geräte, die durch das Fehlen sicherer Hardware-Komponenten verschiedensten Angriffen ausgesetzt sind, nachträglich absichern kann. Im speziellen, nutzen wir das Konzept der Physikalisch Unkopierbaren Funktionen (PUFs), um Hardware-basierte Sicherheitsanker in Standard-Hardware-Komponenten zu erstellen. Wir setzen dabei auf die Varianz von Static Random-Access Memory (SRAM) und Dynamic Random-Access Memory (DRAM) Modulen, welche während der Herstellungsprozesse induziert werden, um intrinsische, speicher-basierte PUF Instanzen zu extrahieren und darauf aufbauend, sichere und leichtgewichtige Protokolle und Anwendungen zu entwickeln.

In einem ersten Schritt führen wir zu diesem Zwecke eine empirische Evaluation ausgewählter und repräsentativer Gerätetypen bezüglich ihrer PUF-Eigenschaften durch. Als nächstes nutzen wir die Gerätetypen, welche sich durch die Existenz guter PUF-Instanzen für die darauf folgende Entwicklung leichtgewichtiger Sicherheitsanwendungen und -protokolle qualifizieren. Im zweiten Teil der Arbeit stellen wir verschiedene Software-basierte Sicherheitslösungen vor, die speziell für die charakteristischen Eigenschaften von eingebetteten Geräte konzipiert sind. Im speziellen umfassen diese Lösungen eine Secure Boot Architektur sowie einen Ansatz, die Integrität von Firmware durch Bindung an die zugrundeliegende Hardware zu schützen. Weiterhin wird ein leichtgewichtiges Authentifizierungsprotokoll vorgestellt, welches die Charakteristiken eines neuartigen DRAM-basierten PUF-Typs ausnutzt. Als letztes wird ein Protokoll vorgestellt, welches erlaubt, die Sicherheit des Software-Zustandes von entfernten, eingebetteten Geräten sicher zu attestieren.