Uusi materiaalisuunnitelma sirutason salaukselle

Jokaisen turvallisen verkkotapahtuman tai salatun viestin takana on täysin arvaamattomien numeroiden sarja. Fyysikkojen tiimi on nyt teoriassa poistanut pitkään jatkuneen esteen ja avannut oven seuraavan sukupolven turvapiireille, jotka suojaavat arkipäivän tietoja hidastamatta suorituskykyä.

Rice-yliopiston Jun-Jie Zhangin ja Boris Yakobsonin johtama tutkimusryhmä esittelee uuden materiaaliluokan. Näitä materiaaleja kutsutaan autferroisiksi materiaaleiksi, ja ne voivat nopeuttaa fyysisiä, aitoja satunnaislukugeneraattoreita (TRNG) tuhansia kertoja pitäen signaalin selkeyden täydellä teholla.

Esimerkiksi magneettikytkimiin perustuvat turvajärjestelmät voivat hidastua kovassa käytössä tai niistä voi tulla alttiita hakkeroinnille, jos salausta ohjaavat satunnaisluvut generoidaan liian hitaasti tai heikoilla signaaleilla.

Yakobsonin mukaan tiimin työ sai alkunsa perustavanlaatuisten fyysisten käyttäytymismallien tutkimisesta.

”Laajempi kiinnostuksemme TRNG:hin eli siihen, miten entropia voidaan erottaa fyysisestä käyttäytymisestä ja muuntaa satunnaisiksi biteiksi, keskittyi pääasiassa kenttävaikutustransistoreiden varausta vaihteleviin yksiköihin”, sanoi Yakobson. ”Mutta tutkiessaan autferroiikkajärjestelmien energiamaisemaa, erityisesti vastakkaisten polarisaatioiden välistä alempaa estettä, Jun-Jie ehdotti, että tämä saattaisi johtaa nopeampaan TRNG:hen.”

Tasapainottamalla fyysisten satunnaislukugeneraattoreiden nopeuden niiden signaalien selkeyden kanssa, uusi piirirakenneperiaate voi teoriassa saavuttaa prosessointinopeuden, joka tuottaa suuren bittinopeuden signaalin selkeydellä ja stokastisella nopeudella. Se varmistaa, että fyysiset turvapiirit voivat toimia huippunopeuksilla ilman elektronisia luentavirheitä.

”Tämä tutkimus voisi olla hyödyllinen laskennassa, datan salauksessa ja käsittelyssä sekä muissa tietotekniikoissa”, sanoo post doc -tutkija Zhang. ”Sen tavoitteena on tehdä todellisista satunnaislukugeneraattoreista nopeampia ja luotettavampia.” Autferroiset materiaalit toteuttavat tämän ainutlaatuisen "keinuvan" vuorovaikutuksen avulla, joka tapahtuu niiden sähköisten ja magneettisten ominaisuuksien välillä.

Sen sijaan, että sähköinen ja magneettinen tila esiintyisivät rinnakkain, ne työntävät aktiivisesti toisiaan vastaan. Sen sijaan, että pakotettaisiin suora, korkeaenerginen siirtymä yhdestä magneettisesta tilasta toiseen, autferroinen kytkin reitittää siirtymän välivaiheen kautta, joka sisältää vain sähköä. Tämä vaihtoehtoinen reitti alentaa energiaestettä lähes kahdella kolmasosalla pitäen samalla magneettisen signaalin täydellä voimakkuudella.

”Keinulautamainen magnetoelektrisyys helpottaa matalaenergistä kytkentää heikentämättä magneettista tilaa, pitäen siten luentasignaalin vahvana”, Zhang sanoi. ”Se antaa selkeitä kyllä- tai ei-signaaleja, eikä ehkä-vastauksia.”

Lisäksi sekä sähköiset että magneettiset voimat voivat esiintyä neljässä erillisessä, yhtä vakaassa tilassa pelkkien standardien binääristen nollien ja ykkösten sijaan. Tämä monitilainen anto mahdollistaa yhden pienen komponentin tehdä useiden perinteisten transistorien työn edistyneessä laskennassa.

Yhdistämällä kaksi näistä yksiköistä yksinkertaisiin piireihin tiimi osoitti, että tavalliset mikrosirut voivat käsitellä monitilaista dataa ja matkia kvanttilaskentaa testaamalla useita tuloksia samanaikaisesti. Nämä materiaalit tarjoavat lupaavan toissijaisen hyödyn tulevaisuuden mikrosiruarkkitehtuurille digitaalisen salauksen vahvistamisen lisäksi.

Vaikka löydökset ovat tällä hetkellä teoreettisia ja perustuvat titaani-germaniumselenidin, 2D-nanomateriaalin tietokonemalleihin, ne tarjoavat käytännöllisen suunnitelman reaalimaailman valmistussovelluksiin.

Aiheesta aiemmin:

Täydellinen satunnaisuus toteutui ensimmäistä kertaa

Tutkijat realisoivat kvanttilaskennalla sertifioidun satunnaisuuden

Stokastista synkronia salaukseen ja neuroneille