L'ubiquità dei dispositivi elettronici rende indispensabile l'utilizzo di strumenti di crittografia e anticontraffazione per tutelare la privacy e la sicurezza degli utenti. Con la crescente espansione dell'Internet of Things, è sempre più necessaria la protezione contro gli attacchi che violano l'autenticità dei prodotti. Tradizionalmente, la protezione dei messaggi si è basata su diversi sistemi:password, firme digitali o crittografia. Questa crittografia si basa su chiavi sconosciute per un possibile aggressore, ma purtroppo questi sistemi stanno diventando obsoleti man mano che compaiono nuovi attacchi più invasivi:malware, Attacchi API o attacchi hardware fisici.

Mentre l'informatica quantistica avanza lentamente verso il paradigma crittografico, le cosiddette funzioni fisicamente non clonabili (PUF) sono presentate come la scelta per garantire un'identificazione univoca ed efficace. Un PUF è un dispositivo che ha proprietà fisiche uniche e non ripetibili che possono essere tradotte in bit di informazioni utilizzabili. L'idea di applicare caratteristiche fisiche casuali per identificare sistemi o persone non è nuova:ad esempio, l'identificazione delle persone mediante l'impronta digitale risale al XIX secolo. Più recentemente, l'identità dei dispositivi elettronici è stata stabilita utilizzando PUF, che sono "impronte digitali" di un circuito integrato.

L'autenticazione basata su PUF comprende un chip prodotto da processi intrinsecamente casuali che rendono la clonazione quasi impossibile, anche se tutti i dettagli del processo di fabbricazione sono noti. Le misurazioni delle varie proprietà fisiche del PUF dipendono dalle proprietà del chip su scala nanometrica, costituiscono quindi una potentissima tecnologia antifrode e anticontraffazione. Per essere implementabile a livello industriale, questo chip deve essere a basso costo, scalabile e le sue proprietà devono essere facilmente misurabili tramite una funzione identificabile.

Enrique Burzuri, Daniel Granados ed Emilio M. Pérez (ricercatori presso IMDEA Nanociencia) hanno proposto un PUF ingegnoso e semplice basato su nanotubi di carbonio. I nanotubi di carbonio sono assemblati mediante dielettroforesi ad una serie di 16 elettrodi che formano giunzioni casuali:in ogni coppia di elettrodi ce ne sono uno, più o nessun nanotubi. La misurazione delle curve intensità-tensione fornisce un modello unico che è inerente a ciascun PUF ed è quasi impossibile da riprodurre. Questa nanotecnologia sfrutta una caratteristica dei nanotubi di carbonio solitamente dannosa:la difficoltà di ottenere nanotubi di carbonio con identica chiralità, questo è, con proprietà elettroniche identiche (conduttore o semiconduttore). Anche, i difetti di fabbricazione intrinseci come posti vacanti o funzionalità dell'ossigeno significano che due nanotubi di carbonio con la stessa chiralità non hanno la stessa conduttanza. Questi svantaggi sono stati trasformati nel punto di forza del PUF.

Questi PUF concepiti all'IMDEA Nanociencia sono dispositivi fisici facilmente misurabili che forniscono a ciascuno di essi un modello di conduttanza intrinseca che è straordinariamente difficile da duplicare. Dato lo stesso PUF due input diversi producono risposte diverse, e dato lo stesso input due PUF producono due risposte diverse. In questo modo, questi PUF basati su nanotubi di carbonio possono essere identificati dal valore delle risposte che generano a input specifici. Qualsiasi difetto PUF non è valido qui; deve essere misurabile e fornire una firma univoca. Attualmente esistono diversi tipi di PUF basati su proprietà fisiche come la riflettività o l'anisotropia magnetica. Però, l'attuale misurazione proposta da Burzurí et al. è il più semplice, più economico (un passo di litografia) e il più facilmente impiantabile in un circuito elettronico, oltre ad essere potenzialmente scalabile ad un maggior numero di elettrodi per aumentarne la complessità. Questi PUF potrebbero essere implementati negli smartphone, microcontrollori, sensori intelligenti, attuatori e potrebbe essere utilizzato anche come firma digitale.