纳米级密码学方法从静摩擦中获得稳健性

保持重要数据安全的大多数加密方法都使用复杂的加密软件，因此消耗大量电力。随着越来越多的电子设备连接到互联网，越来越需要替代的低功耗安全方法，这通常是通过将安全性建立在硬件上而不是软件上来实现的。

基于硬件的低功耗安全性最有前途的方法之一是从纳米级器件制造过程中固有和不可控制地出现的随机性中获取加密密钥。这些称为“物理不可克隆函数”(PUF)的方法将物理设备中的随机变化转换为二进制状态“0”和“1”，以创建唯一的随机加密密钥。然后，只要密钥保持私有，这些密钥就可以用于将数据加密为密文，并将其解密回纯文本，并保持安全。

然而，PUF技术面临的最大挑战之一是其易受恶劣环境的影响。由于形成键的基础的物理随机性通常源于电特性的变化，并且电特性受到诸如高温和辐射的外部因素的影响，因此这些装置在暴露于这些条件时通常不保持其状态。

在发表于新文ACS纳米，研究人员领导杨-Kyu Choi的科学与技术院(KAIST)的韩国高级金融学院，与三星电子和SK海力士公司的合作者，已经开发出一种新型PUF的装置，剩下的在恶劣的条件下利用一个令人惊讶的因素稳定：静摩擦。

通常，静摩擦是微机电系统和纳米机电系统(MEMS / NEMS)装置的主要失效现象，因为它导致部件由于在微米级以下变得突出的力而粘在一起。然而，在他们的工作中，研究人员通过在制造过程的干燥步骤中自然地产生强大的毛细力来使用静摩擦力。该力使得器件中的硅纳米线在两个方向中的一个方向上随机弯曲，使得其接触一侧的栅极(对应于“0”状态)或另一侧的栅极(“1”状态)。 )。第二种力，即范德瓦尔斯力，使纳米线保持粘附在浇口上，保持其状态。

研究人员证明，这种粘附力足以承受恶劣的环境因素，如高温，高剂量辐射和微波。在288位阵列中，当暴露于这些条件时，没有一个位失败。

测试还表明，由于器件的对称结构，纳米线具有粘附到两个栅极中的任一个的相等概率，表明高度随机性。当数十个这些设备排列成阵列时，它们产生不可预测的“0”和“1”模式，形成唯一加密密钥的基础。

凭借其良好的随机性和可靠性，新的安全方法可用于航空航天和军事应用。

“基于NEM开关的PUF具有两个优点：与商用硅CMOS制造的高兼容性和强大的稳定性，”Choi告诉Tech Xplore。“有趣的是，我们使用静摩擦，这是与NEMS相关的长期问题之一，以提高稳健性。此外，当它被盗并面临网络攻击时，它可以通过隐身模式进行自我毁灭。”

在未来，研究人员计划通过加倍密钥大小来进一步提高安全性。

“我们计划通过增加加密密钥大小来寻找一种改进的方法来增强安全性，”Choi说。“在我们的论文中，器件中的硅纳米线仅具有二元状态('0'，'1')。相比之下，通过更精确地细分单个硅纳米线的状态，我们可以形成四分之一状态('00 '，'01'，'10'，'11')。这将使加密密钥大小加倍而不增加数组大小。“