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新型硬件安全石墨烯密钥

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妙手带夫 楼主
发布于 2021-05-11 18:05
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Graphene key for novel hardware security

随着越来越多的私人数据被数字化存储和共享,研究人员正在探索保护数据不受坏人攻击的新方法。目前的硅技术利用计算组件之间的微小差异来创建安全密钥,但人工智能(AI)技术可以用来预测这些密钥并获得数据访问权。现在,宾夕法尼亚州立大学的研究人员已经设计了一种方法,使加密密钥更难破解。

在工程科学和力学助理教授Saptarshi Das的带领下,研究人员使用石墨烯——一层碳原子厚度的材料——开发了一种新型低功耗、可扩展、可重构的硬件安全设备,该设备对人工智能攻击具有显著的抵御能力。他们将他们的发现发表在 电子性质今天(5月10日)。

达斯说:“最近,侵犯个人数据的事件越来越多。“我们开发了一种新的硬件安全设备,最终可以应用于各个行业和部门,保护这些数据。”

据研究人员称,这种被称为物理不可克隆功能(PUF)的设备是石墨烯基PUF的首次演示。石墨烯的物理和电气性能,以及制造过程,使新型PUF更加节能、可扩展,并能够抵御对硅PUF构成威胁的人工智能攻击。

该团队首先制造了近2000个相同的石墨烯晶体管,用于开关电路中的电流。尽管它们的结构相似,晶体管的电导率由于生产过程中固有的随机性而有所不同。虽然这种变化通常是电子设备的一个缺点,但对于不为硅基设备共享的PUF来说,这是一个理想的质量。

在将石墨烯晶体管植入puf后,研究人员模拟了它们的特性,从而模拟了6400万个基于石墨烯的puf。为了测试puf的安全性,Das和他的团队使用了机器学习,这是一种允许人工智能研究系统并发现新模式的方法。研究人员用石墨烯PUF模拟数据训练人工智能,测试人工智能是否可以利用这种训练对加密数据做出预测,并揭示系统的不安全性。

达斯说:“神经网络非常擅长从大量数据中建立模型,即使人类做不到。”“我们发现人工智能无法开发出模型,也不可能学会加密过程。”

这种对机器学习攻击的抵抗使PUF更安全,因为潜在的黑客不能使用被泄露的数据来逆向工程设备,以用于未来的开发,Das说。即使密钥是可以预测的,石墨烯PUF也可以通过重构过程生成新的密钥,而不需要额外的硬件或更换部件。

在达斯的指导下进行研究的工程科学和力学研究生阿克希尔·多达(Akhil Dodda)说,“通常情况下,一旦一个系统的安全性受到威胁,它就会永久受到威胁。”“我们开发了一个方案,这样一个被破坏的系统可以重新配置并再次使用,增加抗篡改作为另一个安全特性。”

有了这些特性,以及在各种温度范围内操作的能力,石墨烯基PUF可以用于各种应用。进一步的研究可以为其在柔性和可打印电子产品、家用设备等领域的应用开辟道路。


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