فهرست مطالب
دانشمندان دانشگاه رایس ماده جدید آوتفروئیکی ساختهاند که میتواند سرعت رمزنگاری ریزتراشهها را هزاران برابر افزایش و خطا را کاهش دهد.
به گزارش سرویس سخت افزار تکناک، این فناوری در عین افزایش سرعت، وضوح سیگنال را حفظ میکند و میتواند مسیر توسعه تراشههای امنیتی سریعتر و قابلاعتمادتر را هموار کند.
مولدهای اعداد تصادفی واقعی یا TRNG نقش مهمی در سیستمهای رمزنگاری دارند. این مولدها از رفتارهای فیزیکی غیرقابل پیشبینی برای تولید بیتهای تصادفی استفاده میکنند. کیفیت و سرعت تولید این بیتها مستقیما بر عملکرد سیستمهای امنیتی اثر میگذارد.
پژوهشگران میگویند که اگر این اعداد با سرعت پایین یا سیگنال ضعیف تولید شوند، سیستمهای امنیتی در زمان پردازش سنگین با کاهش عملکرد روبهرو میشوند. این وضعیت میتواند احتمال بروز خطا را افزایش دهد و امنیت دادهها را نیز تحت تأثیر قرار دهد.
در تجهیزات امنیتی فعلی، نوسانهای حرارتی غیرقابل پیشبینی در کلیدهای مغناطیسی بسیار کوچک، اعداد مورد نیاز را تولید میکنند. مشکل اصلی این است که تغییر حالت این کلیدها معمولا بسیار کند انجام میشود.
مهندسان برای افزایش سرعت میتوانند ابعاد اجزای فیزیکی را کاهش دهند یا نیروهای مغناطیسی خارجی اعمال کنند. این روشها در بسیاری از موارد کیفیت سیگنال را کاهش میدهند و خواندن دادهها را دشوارتر میکنند.
بیشتر بخوانید: پلتفرم Autopilot برای طراحی خودکار تراشه با هوش مصنوعی معرفی شد
ماده آوتفروئیک چیست و چگونه این مشکل را حل میکند؟
مواد آوتفروئیک یا Autferroic دستهای از مواد هستند که ویژگیهای الکتریکی و مغناطیسی آنها به یکدیگر وابسته است. در این مواد، حالتهای الکتریکی و مغناطیسی فقط همزمان حضور ندارند، بلکه بهطور فعال بر رفتار یکدیگر اثر میگذارند. پژوهشگران این تعامل را به نوعی رفتار «الاکلنگی» تشبیه کردهاند.
اهمیت این ویژگی به نحوه تغییر حالت مغناطیسی مربوط میشود. در ساختارهای معمولی، تغییر مستقیم از یک حالت مغناطیسی به حالت دیگر به عبور از یک سد انرژی نسبتا بزرگ نیاز دارد. افزایش سرعت این فرایند معمولا با کاهش قدرت سیگنال همراه میشود و همین موضوع احتمال خطا هنگام خواندن دادهها را افزایش میدهد.
مواد آوتفروئیک مسیر متفاوتی برای این تغییر ایجاد میکنند. کلید ساختهشده از این مواد بهجای جابهجایی مستقیم میان دو حالت مغناطیسی، ابتدا از یک مرحله میانی صرفا الکتریکی عبور میکند و سپس به حالت مغناطیسی بعدی میرسد. این مسیر جایگزین، انرژی کمتری مصرف میکند.
بر اساس نتایج پژوهش، این ساختار میتواند سد انرژی میان دو حالت را نزدیک به دوسوم کاهش دهد. کاهش سد انرژی باعث میشود تغییر وضعیت بسیار سریعتر انجام شود. در عین حال، قدرت سیگنال مغناطیسی نیز حفظ میشود و دستگاه برای افزایش سرعت مجبور نیست وضوح سیگنال را قربانی کند.
این ویژگی برای مولدهای اعداد تصادفی واقعی اهمیت زیادی دارد. این مولدها برای تولید بیتهای تصادفی به تغییرات غیرقابل پیشبینی میان حالتهای مختلف متکی هستند. هرچه این تغییرات سریعتر و قابل تشخیصتر باشند، سیستم میتواند تعداد بیشتری بیت تصادفی را در زمان کوتاهتری تولید کند.
جون-جی ژانگ از دانشگاه رایس توضیح داد که این سازوکار، تغییر حالت با انرژی پایین را آسانتر میکند و سیگنال خوانش را همچنان قدرتمند نگه میدارد. به گفته او، سیستم در هر تغییر وضعیت یک پاسخ مشخص ایجاد میکند و دستگاه میتواند میان دو حالت بهوضوح تمایز قائل شود.
در نتیجه، مواد آوتفروئیک میتوانند همزمان دو مشکل اصلی تراشههای امنیتی را هدف قرار دهند. این مواد سرعت تغییر حالت را افزایش میدهند و در عین حال کیفیت سیگنال را حفظ میکنند. همین ترکیب میتواند به ساخت مولدهای اعداد تصادفی سریعتر، کمخطاتر و مناسبتر برای نسل آینده ریزتراشههای رمزنگاری منجر شود.
بیشتر بخوانید: TSMC تولید آزمایشی تراشههای ۱.۴ نانومتری را آغاز کرد
افزایش سرعت رمزنگاری ریزتراشهها
شبیهسازیهای کامپیوتری و مدلسازی دینامیکی پژوهشگران نشان میدهد که کاهش سد انرژی میتواند سرعت تغییر حالت را به شکل چشمگیری افزایش دهد.
در سیستمهای استاندارد، این تغییرات ممکن است با سرعت کمتر از ۱۰۰ بار در ثانیه انجام شوند. مواد آوتفروئیک میتوانند این عدد را به بیش از ۴۰۰ هزار تغییر در هر ثانیه برسانند.
این افزایش سرعت در نهایت امکان تولید بیش از یک میلیون بیت تصادفی در هر ثانیه را فراهم میکند. پژوهشگران میگویند که این عملکرد میتواند برای تراشههای امنیتی نسل آینده اهمیت زیادی داشته باشد.
همچنین نتایج بهدستآمده، مجموعه آزمونهای معیار مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا، NIST را با موفقیت پشت سر گذاشتهاند. این آزمونها برای بررسی میزان تصادفی بودن دادهها استفاده میشوند.
ژانگ توضیح میدهد که هدف اصلی این پژوهش افزایش سرعت و قابلیت اطمینان مولدهای اعداد تصادفی واقعی است. به گفته او، این فناوری میتواند در محاسبات، رمزنگاری داده، پردازش اطلاعات و دیگر فناوریهای مرتبط کاربرد داشته باشد.
پژوهشگران معتقد هستند اصل جدید مطرحشده در این مطالعه میتواند مشکل قدیمی تعادل میان سرعت و وضوح سیگنال را برطرف کند. این ویژگی به تراشههای امنیتی اجازه میدهد با نرخ بالاتری داده پردازش کنند و همزمان احتمال خطا در خواندن اطلاعات را پایین نگه دارند.
این دستاورد فعلا بر پایه شبیهسازی و مدلسازی نظری ارائه شده است. با وجود این، نتایج نشان میدهد مواد آوتفروئیک میتوانند پایهای برای نسل جدیدی از ریزتراشههای امنیتی سریعتر و قابلاعتمادتر باشند.
