斬新なハードウェアセキュリティのためのグラフェンキー

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ペンシルベニア州立大学の研究者チームは、微細構造のバリエーションを利用して安全なキーを生成する新しいハードウェアセキュリティデバイスを開発しました。クレジットジェニファーマッキャン、ペンシルベニア州立大学

ペンシルベニア州立大学の研究者チームは、微細構造のバリエーションを利用して安全なキーを生成する新しいハードウェアセキュリティデバイスを開発しました。クレジット
ペンシルベニア州立大学ジェニファー・マッキャン

要約：
より多くのプライベートデータがデジタルで保存および共有されるにつれて、研究者は悪意のある人物からの攻撃からデータを保護するための新しい方法を模索しています。現在のシリコンテクノロジーは、コンピューティングコンポーネント間の微視的な違いを利用して安全なキーを作成しますが、人工知能（AI）技術を使用してこれらのキーを予測し、データにアクセスできます。現在、ペンシルベニア州立大学の研究者は、暗号化された鍵を解読しにくくする方法を設計しました。

新しいハードウェアセキュリティのためのグラフェンキー

ペンシルバニア州ユニバーシティパーク| 10年2021月XNUMX日に投稿

工学科学と力学の助教授であるSaptarshiDasが率いる研究者たちは、グラフェン（10原子の厚さの炭素の層）を使用して、AI攻撃に対する大きな耐性を備えた、新しい低電力、スケーラブル、再構成可能なハードウェアセキュリティデバイスを開発しました。彼らは本日（XNUMX月XNUMX日）NatureElectronicsに調査結果を発表しました。

「最近、個人データの侵害がますます増えています」とDas氏は述べています。「私たちは、業界やセクター全体でこれらのデータを保護するために最終的に実装できる新しいハードウェアセキュリティデバイスを開発しました。」

研究者によると、このデバイスは、物理的にクローン不可能な機能（PUF）と呼ばれ、グラフェンベースのPUFの最初のデモンストレーションです。グラフェンの物理的および電気的特性、および製造プロセスにより、新しいPUFはよりエネルギー効率が高く、スケーラブルであり、シリコンPUFに脅威を与えるAI攻撃に対して安全です。

チームは最初に、回路内で電流のオンとオフを切り替える約2,000個の同一のグラフェントランジスタを製造しました。それらの構造的類似性にもかかわらず、トランジスタの電気伝導率は、製造プロセスから生じる固有のランダム性のために変化しました。このような変動は通常、電子デバイスの欠点ですが、シリコンベースのデバイスで共有されていないPUFにとっては望ましい品質です。

グラフェントランジスタがPUFに実装された後、研究者はそれらの特性をモデル化して、64万個のグラフェンベースのPUFのシミュレーションを作成しました。ダスと彼のチームは、PUFのセキュリティをテストするために、AIがシステムを研究して新しいパターンを見つけることを可能にする方法である機械学習を使用しました。研究者は、グラフェンPUFシミュレーションデータを使用してAIをトレーニングし、AIがこのトレーニングを使用して暗号化されたデータに関する予測を行い、システムの不安定さを明らかにできるかどうかをテストしました。

「ニューラルネットワークは、人間ができない場合でも、膨大な量のデータからモデルを開発するのに非常に優れています」とDas氏は述べています。「AIはモデルを開発できず、暗号化プロセスを学習することもできませんでした。」

Das氏によると、潜在的なハッカーは侵害されたデータを使用してデバイスをリバースエンジニアリングして将来の悪用に備えることができないため、機械学習攻撃に対するこの抵抗により、PUFの安全性が高まります。キーを予測できたとしても、グラフェンPUFは、追加のハードウェアやコンポーネントの交換を必要としない再構成プロセスを通じて、新しいキーを生成できます。

「通常、システムのセキュリティが危険にさらされると、恒久的に危険にさらされます」と、Dasの指導の下で研究を行っている工学科学および力学の大学院生であるAkhilDoddaは述べています。「このような侵害されたシステムを再構成して再利用できるスキームを開発し、別のセキュリティ機能として耐タンパー性を追加しました。」

これらの機能に加えて、広範囲の温度で動作する能力により、グラフェンベースのPUFはさまざまなアプリケーションで使用できます。さらなる研究により、柔軟で印刷可能な電子機器、家庭用デバイスなどで使用するための道が開かれる可能性があります。

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論文の共著者には、ペンシルベニア州立大学のDodda、Shiva Subbulakshmi Radhakrishnan、Thomas Schranghamer、DrewBuzzellが含まれます。パデュー大学のParijatSenguptaです。 Dasは、ペンシルベニア州立材料科学工学部および材料研究所とも提携しています。

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ミーガン・ラカトス
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