Transistori hallitsee, milloin salattua tietoa voidaan lukea

Joidenkin tietojen, kuten koekysymysten tai tarjoushintojen, on pysyttävä lukukelvottomina sovittuun ajankohtaan asti, vaikka ne olisi jo toimitettu.

KAIST:n tutkijat ovat käyttäneet puolijohteen sisällä olevan sähkövirran muutoksia kehittääkseen salauksen, jossa tiedot paljastuvat vasta tietyn ajan kuluttua tai ne voidaan lukea oikein vain tiettynä ajankohtana. Alkuperäisten tietojen palauttamiseen tarvittavan avaimen lisäksi teknologia lisää toisen ehdon: milloin tiedot luetaan.

Tähän tarkoitukseen professori Kyung Min Kimin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt kaksitilaisen ohjelmoitavan oksiditransistorin (DUPOT), jossa pitkä- ja lyhytaikaista muistia voidaan ohjata erikseen.

DUPOT on valmistettu oksidimateriaaleista, ja sen kaksi sähköistä tilaa voidaan asettaa toisistaan riippumatta käyttämällä sopivia jännitteitä. Termi "ohjelmoitava" viittaa tähän kykyyn asettaa piiri haluttuun tilaan.

Aikaa tiedonsaannin ehtona käyttäviä salausmenetelmiä on tutkittu aiemminkin. Tämä tutkimus erottaa muista menetelmistä siten, että tietojen lukuaika määräytyy puolijohteen itsensä fyysisten muutosten perusteella, eikä pelkästään ulkoisten kellojen tai ohjelmistojen perusteella.

Tämän saavuttamiseksi tutkijat toteuttivat kahdenlaisia muistityyppejä yhteen transistoriin: pitkäkestoisen muistin, joka säilyy pitkään, ja lyhytkestoisen muistin, joka muuttuu ajan myötä. Tutkimusryhmä käytti pitkäkestoista tilaa asettaakseen tiedon referenssin ja ajassa muuttuvaa tilaa hallitakseen, milloin kohdetieto ilmestyy.

Perinteiset muistitransistorit tallentavat informaatiota pääasiassa muuttamalla kynnysjännitettä. DUPOT sitä vastoin voi itsenäisesti säätää sekä kynnysjännitettä että kyllästysvirtaa, eli virran tasoa, jota ylläpidetään kiinteissä käyttöolosuhteissa. Tämän seurauksena jännite, jolla virta alkaa virrata, ja virtaavan virran määrä voidaan asettaa erikseen.

Nämä kaksi tilaa syntyvät eri mekanismeilla. Kun hilaan, virtaa ohjaavaan napaan, kohdistetaan positiivinen jännite, elektronit jäävät loukkuun eristävään hafniumoksidiin (HfO₂). Tämä siirtää kynnysjännitettä. Koska tämä tila säilyy pitkään, se toimii pitkäaikaisena muistina.

Kun porttiin kohdistetaan negatiivinen jännite, happi-ionit (sähköisesti varautuneet happihiukkaset) siirtyvät eristävän kerroksen ja virtaa kuljettavan kanavan väliseen rajapintaan, mikä pienentää kyllästysvirtaa. Kun jännite poistetaan, happi-ionit jakautuvat vähitellen uudelleen ja virta palautuu. Tutkimusryhmä käytti tätä muutosta lyhytaikaisena muistina.

Tutkimus osoittaa, että puolijohdepiiri voi tehdä enemmän kuin tallentaa tietoa: se voi myös määrittää, milloin tieto luetaan. Teknologiaa voitaisiin käyttää suojaamaan tietoja, joita ei saa paljastaa ennen tiettyä ajankohtaa tai jotka on voitava lukea vain tietyissä aikaolosuhteissa. Teknologia ei kuitenkaan voi peruuttaa pääsyä jo hankittujen tietojen kopioihin.

Aiheesta aiemmin:

Täydellinen satunnaisuus toteutui ensimmäistä kertaa

Fyysistä salaustekniikkaa nopeille langattomille

Biologinen salausavainjärjestelmä