Poiché più dati privati ​​vengono archiviati e condivisi digitalmente, i ricercatori stanno esplorando nuovi modi per proteggere i dati dagli attacchi di malintenzionati. L'attuale tecnologia al silicio sfrutta differenze microscopiche tra i componenti di elaborazione per creare chiavi sicure, ma le tecniche di intelligenza artificiale (AI) possono essere utilizzate per prevedere queste chiavi e ottenere l'accesso ai dati. Ora, I ricercatori della Penn State hanno progettato un modo per rendere le chiavi crittografate più difficili da decifrare.

Guidato da Saptarshi Das, professore assistente di scienze ingegneristiche e meccaniche, i ricercatori hanno usato il grafene, uno strato di carbonio dello spessore di un atomo, per sviluppare un nuovo a bassa potenza, scalabile, dispositivo di sicurezza hardware riconfigurabile con una significativa resilienza agli attacchi AI. Hanno pubblicato i loro risultati in Elettronica della natura oggi (10 maggio).

"Di recente si sono verificate sempre più violazioni dei dati privati, " Ha detto Das. "Abbiamo sviluppato un nuovo dispositivo di sicurezza hardware che potrebbe eventualmente essere implementato per proteggere questi dati in tutti i settori e le industrie".

Il dispositivo, chiamata funzione fisicamente non clonabile (PUF), è la prima dimostrazione di un PUF a base di grafene, secondo i ricercatori. Le proprietà fisiche ed elettriche del grafene, così come il processo di fabbricazione, rendere il nuovo PUF più efficiente dal punto di vista energetico, scalabile, e sicuro contro gli attacchi di intelligenza artificiale che rappresentano una minaccia per i PUF in silicio.

Il team ha prima fabbricato quasi 2, 000 transistor identici al grafene, che accendono e spengono la corrente in un circuito. Nonostante la loro somiglianza strutturale, la conduttività elettrica dei transistor variava a causa della casualità intrinseca derivante dal processo di produzione. Sebbene tale variazione sia tipicamente un inconveniente per i dispositivi elettronici, è una qualità desiderabile per un PUF non condiviso da dispositivi basati su silicio.

Dopo che i transistor al grafene sono stati implementati nei PUF, i ricercatori hanno modellato le loro caratteristiche per creare una simulazione di 64 milioni di PUF a base di grafene. Per testare la sicurezza dei PUF, Das e il suo team hanno utilizzato l'apprendimento automatico, un metodo che consente all'IA di studiare un sistema e trovare nuovi modelli. I ricercatori hanno addestrato l'intelligenza artificiale con i dati di simulazione PUF di grafene, test per vedere se l'intelligenza artificiale potrebbe utilizzare questa formazione per fare previsioni sui dati crittografati e rivelare le insicurezze del sistema.

"Le reti neurali sono molto brave a sviluppare un modello da un'enorme quantità di dati, anche se gli umani non sono in grado di farlo, " ha detto Das. "Abbiamo scoperto che l'intelligenza artificiale non poteva sviluppare un modello, e non è stato possibile apprendere il processo di crittografia."

Questa resistenza agli attacchi di apprendimento automatico rende il PUF più sicuro perché i potenziali hacker non potrebbero utilizzare i dati violati per decodificare un dispositivo per uno sfruttamento futuro, Das ha detto. Anche se la chiave poteva essere prevista, il PUF di grafene potrebbe generare una nuova chiave attraverso un processo di riconfigurazione che non richiede hardware aggiuntivo o sostituzione di componenti.

"Normalmente, una volta che la sicurezza di un sistema è stata compromessa, è permanentemente compromesso, " disse Akhil Dodda, uno studente laureato in ingegneria e meccanica che conduce ricerche sotto la guida di Das. "Abbiamo sviluppato uno schema in cui un sistema così compromesso potrebbe essere riconfigurato e riutilizzato, aggiungendo la resistenza alle manomissioni come un'altra caratteristica di sicurezza."

Con queste caratteristiche, nonché la capacità di operare in un'ampia gamma di temperature, il PUF a base di grafene potrebbe essere utilizzato in una varietà di applicazioni. Ulteriori ricerche possono aprire percorsi per il suo utilizzo nell'elettronica flessibile e stampabile, elettrodomestici e altro.