Phương pháp mật mã ở phạm vi nano đạt tới tính bền vững nhờ stiction

Hầu hết các phương pháp mật mã bảo mật dữ liệu quan trọng đều sử dụng phần mềm mã hóa phức tạp và do đó tiêu thụ một lượng lớn năng lượng. Khi ngày càng có nhiều thiết bị điện tử đang kết nối với Internet, nhu cầu cần có các phương pháp an toàn năng lượng thay thế ngày càng tăng, và điều này thường được thực hiện bằng cách bảo vệ phần cứng hơn là phần mềm.

Một trong những cách tiếp cận đầy hứa hẹn nhất đối với bảo mật dựa trên phần cứng và bảo mật năng lượng thấp là bắt nguồn từ các khoá bí mật dựa vào sự ngẫu nhiên vốn có và các vấn để xảy ra không kiểm soát được trong quá trình chế tạo các thiết bị nano. Các phương pháp này, được gọi là "physical unclonable functions" (PUFs), chuyển đổi các biến thiên ngẫu nhiên trong các thiết bị vật lý thành các trạng thái nhị phân "0" và "1" để tạo các khoá mật mã ngẫu nhiên độc đáo. Các phím này sau đó có thể được sử dụng để mã hóa dữ liệu vào văn bản mật mã, cũng như giải mã nó ngược lại thành văn bản đơn gian dễ hiểu trong một quy trình xử lý mà vẫn đảm bảo chỉ cần chìa khóa mã này vẫn bảo đảm quyền riêng tư.

Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất mà công nghệ PUF đang phải đối mặt là dễ bị hỏng khi ở môi trường khắc nghiệt. Trước đây các ngẫu nhiên vật lý hình thành các cơ sở của chìa khóa này thường phát sinh từ các biến thể do đặc tính điện, và các đặc tính điện này bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ cao và bức xạ, các thiết bị này thường không thể duy trì trạng thái của chúng khi tiếp xúc với các điều kiện như vậy.

Trong một bài báo mới xuất bản trên tạp chí ACS Nano, nhóm nghiên cứu do Yang-Kyu Choi tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) dẫn đầu, cùng với đồng tác giả của Samsung Electronics và SK Hynix Inc., đã phát triển thành công một loại thiết bị PUF mới duy trì được độ ổn định trong điều kiện khắc nghiệt bằng cách sử dụng một nhân tố đáng ngạc nhiên đó là stiction.

Thông thường, stiction hoàn toàn không phù hợp cho hệ thống cơ điện có kích cỡ siêu nhỏ và các thiết bị cơ điện nano (MEMS/NEMS) vì nó khiến các thành phần bị dính vào nhau. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp stiction để tạo thuận lợi cho việc tạo ra lực mao mạch mạnh trong giai đoạn sấy khô của quá trình chế tạo.

Lực này khiến các dây nano silic trong thiết uốn cong ngẫu nhiên theo một trong hai hướng, giúp nó chạm vào một trong hai cổng (tương ứng với trạng thái "0") hoặc cổng ở phía kia (trạng thái "1"). Lực thứ hai, lực van der Waals, làm cho dây nano vẫn bám dính chặt vào cổng, duy trì trạng thái của nó.

Các nhà nghiên cứu đã giải thích rằng lực bám dính này đủ mạnh để chịu được các yếu tố môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, bức xạ liều cao và lò vi sóng. Bên trong mảng 288-bit, không một bit nào bị hỏng khi tiếp xúc với các điều kiện trên.

Các phép thử cũng chỉ ra rằng, do cấu trúc đối xứng của thiết bị, dây nano có một xác suất bằng nhau để dính chặt vào một trong hai cửa, điều này cho thấy có mức độ ngẫu nhiên cao. Khi hàng chục thiết bị này được bố trí trong một dãy, chúng tạo ra một mô hình "0" và "1" không thể đoán trước, tạo thành nền tảng của một khoá mật mã duy nhất. Với tính ngẫu nhiên và độ tin cậy cao của nó, phương pháp bảo mật mới có thể được sử dụng cho các ứng dụng vũ trụ và quân sự.

Trên Tech Xplore, Choi cho biết: "PUF trên nền tảng chuyển mạch NEM cung cấp hai ưu điểm: khả năng tương thích cao với CMOS silicon thương mại và tính ổn định mạnh mẽ. Hơn nữa, nó có thể tự hủy với chế độ tàng hình khi nó bị đánh cắp và khi nó phải đối mặt với cuộc tấn công không gian mạng”.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục cải thiện an ninh bằng cách tăng gấp đôi mật độ mã hoá khóa.

Theo Vista.gov.vn