研究人员创造了一种基于石墨烯的物理不可渗透功能

22-05-2021 |  |  By 罗宾米切尔

最近,研究人员使用石墨烯晶体管创造了一个物理上不可渗透的功能,该晶体管可以帮助半导体工业部署石墨烯到未来的产品。什么是物理上不可渗透的功能,研究人员创造了什么,以及如何帮助未来的安全性?

什么是物理上不可渗透的功能?

一个身体上不可渗透的功能,或者短暂,是一块 以可预测的方式产生唯一输出的硬件 但其施工无法复制。例如,制造商可以创建10个相同的PUF单元,但每个单位会产生不同的输出。此外,无论攻击者如何尝试如何重新创建一个PUF,即使他们访问了原始图纸和设计,他们也无法能够重新创建特定PUF的输出。

PUFS非常适合于安全应用程序,因为它们使包含PUF唯一的每个设备,并且这种唯一性是用于生成密钥和加密数据的优秀来源。由于该密钥不依赖于随机数发生器,其种子是可以操纵的时间或其他一些环境因素的函数,因此攻击者获得关键的唯一方法是物理攻击该设备。这也意味着硬件PUF不能被反向工程代码攻击,因为它们不依赖于算法来生成初始输出。

然而,创建功能性PUF是一个非常具有挑战性的任务。半导体 Foundry可以用唯一键程序编程设备,但这是一个涉及的过程,并且必须使用真正的随机数生成器生成每个唯一的键,否则所有预编程的芯片仍将易受攻击。真正的PUF需要没有从铸造厂进行编程,也不需要使用独特的光掩模来创建独特的金属路由和晶体管定位。

一种创建PUF的方法是 利用半导体中的缺陷和掺杂的随机性 晶圆。无论铸造厂如何尝试,没有两个晶体管都是相同的,因此将具有每个独特的阈值电压,沟道电阻和栅极电容。因此,可以从配置为背对背逆变器的一系列晶体管对理论上构建PUF。由于尚不清楚哪个晶体管首先打开,因此每个逆变器对都将采用无关状态。此外,每当设备关闭并再次打开时,设计的性质将产生完全相同的结果(因为更易于导电晶体管始终第一)。

然而, 晶体管的差异是微小的,引入了几个挑战 在硅中创建PUFS。首先是晶体管之间的这种微型差异需要具有高度测量精度的电路,否则每个晶体管的输出可以容易地误读。 

第二个挑战是晶体管中的性能分布导致在中心的许多落下。这些往往是最难确定的(记住,其特性下降的晶体管落在极端物业将产生更清晰的结果,而不是在中位数下降的那些)。

第三个挑战是硅装置容易出现老化,随着时间的推移,每个晶体管的性能变化。因此,硅PUF的输出将随时间变化,但这并不完全是用于播种随机键生成的PUFS的问题。

研究人员创造了石墨烯puf

最近,研究人员宣布了 发展基于石墨烯的PUF 即使使用增强的AI工具,谁的输出也无法预测。研究人员制造了2,000个石墨烯晶体管,打算使它们相同,但生产的小变化导致每个晶体管表现出不同(然而,这种差异是轻微的)。晶体管表现出的差异包括它们的DIRAC电压,DIRAC电导和载流子迁移率,虽然通常在传统部件中避免这种质量,但非常希望用于PUFS。

曾经制造过, 研究人员创造了一个PUF,然后将系统放到测试中 使用专门设计的AI算法寻找模式。在分析基于石墨烯的PUF之后,研究人员创建了一个虚拟模型的PUF,然后产生了6400万变化。然而,尽管存在许多变化,但是AI无法创建算法以猜测来自PUF的生成键。

然而,基于石墨烯的PUF的辉煌进一步进一步;研究人员还表示,基于石墨烯的系统可以重新编程以产生不同的输出,而不会对硬件进行任何改变。因此,在PUF重新配置自身时,幸运的攻击者足以确定PUF输出将被挫败。该方法还提供了创建防篡改机制的可能性,从而攻击封装IC将破坏PUF输出,从而防止逆向工程。 

未来的PUF和硬件安全

PUFS提供具有强大安全措施的设备,因为无法重新创建或复制。此外,它们不需要制造商来改变其生产过程,并且没有存储密钥数据库或者可以决定每个设备中的每个密钥的软件系统。

然而,尚不清楚的是基于石墨烯的PUF的稳定性。这样的设备是否遭受了衰老?它受温度影响吗?如果Graphene晶体管与标准硅晶体管相比同样随机但可靠,则下一代安全装置可以看出石墨烯作为可行的解决方案。

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罗宾米切尔

罗宾米切尔是一名电子工程师,自13岁以来一直参与电子产品。在Warwick大学完成Beng之后,Robin迁入了在线内容创作开发文章,新闻棋子和专业人士和制造商的项目领域一样。目前,Robin运行了一个小型电子商务,Mitchelectronics,它会产生教育套件和资源。

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