KAUST (Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi) ile bir grup araştırmacı, “Memristörler” olarak bilinenler için yeni, çığır açan üretim tekniği – dirençler, kapasitörler ve indüktörlerin yanı sıra dört temel elektrik bileşeninden biri olan devreler. Yeni tekniğin, kriptografinin temel bileşenlerinden biri olan True Random Number Generator’ün (TRNG) oluşturulmasını sağladığı gösterildi.
Gerçek Rastgele Sayı Üreteçleri, kriptografinin temel parçalarıdır ve belki de sezgisel olmayan bir şekilde (sonuçta, rasgele sayılar üretmek ne kadar zor?), aynı zamanda başarısızlığa en yatkın olanlardan biridir. Bunun nedeni, rastgele bir dağılımın (yani, tüm olası olayların eşit olma şansına sahip olduğu durumlarda) rastgele olmayan bir dağılıma dönüşmesinin kolay olmasıdır.
Genellikle TRNG’ler, AMD’nin Ryzen ve Epyc-bound Cryptographic Co-Processor (CCP) (şu anda yineleme 5.0’da) gibi silikon seviyesinde uygulanır. Rastgele sayılar üretmenin bir yolu, bilgisayarlarımızın çalışmasının temeli olan fotoelektrik etki gibi doğası gereği rastgele olgulara bakmaktır. Bu etkilerden, daha sonra bir şifreleme işlemi için temel teşkil eden rasgele sayılar üretilir – her rasgele sayı, şifrelenmiş mesajın bir bölümüne çevrilir, bu işlem olarak bilinen süreçte karma Sorunu daha iyi bir perspektife oturtmak için, AMD’nin Xilinx bölümünün ticarileştirdiğini düşünün. Amacı Gerçek Rastgele Sayı Üreteçleri olarak hizmet vermek olan Alan Programlanabilir Kapı Dizileri (FPGA’ler).
Ancak elektrikli bileşenlerin operasyonel sınırları vardır ve küçük voltaj değişiklikleri, kalıplar oluşturan hesaplama veya fotoelektrik “hatalara” neden olabilir. Tabii ki, rasgele olması gereken bir sayı havuzunda örüntüler ortaya çıktığında, artık gerçekten rasgele değildir. Bir sayının diğerine göre seçilmesi için biraz farklı bir olasılık olan bir model var. Ve gerçekten rastgele değilse, o zaman ortaya çıkan modeller çıkarılabilir, analiz edilebilir ve şifrelenmiş çıktıyla karşılaştırılabilir… Ve sözde kriptografik olarak güvenli mesaja giden yol açıktır.
Bazı kalıplar, sistemdeki onu rastgele “denge” durumundan uzaklaştıran belirli dengesizliklerden doğal olarak ortaya çıkabilir (hem CPU’ların hem de GPU’ların eskidikçe maksimum sürdürülebilir çalışma frekansında düşüşler görmesinden kısmen sorumlu olan donanım bozulması gibi) ). Araştırmacılar tarafından sömürülenleri gördük – örneğin bir sistemin fan hızı gibi kalıplardan veri sızdıran. Ancak diğerleri, yeterince sofistike düşmanlar tarafından tanıtılabilir.
KAUST araştırmacıları tarafından yapılan çalışma, artık 3D baskıdan farklı olmayan bir süreçte memristör tabanlı TRNG üretiminin kilidini açıyor. Alışılmış filaman yerine, atomik olarak ince boron nitrür ve gümüş elektrot katmanları, bir memristörün tüm öğeleri yerine oturana kadar biriktirilir. Bu özel üretim süreci nedeniyle, TRNG, milyonlarca transistör içeren pahalı devrelerden oluşan (hem güç kullanımı hem de hızlandırıcı tasarımında kapladıkları alan açısından maliyetli) genellikle CPU entegre alternatiflerine kıyasla güç tüketir.
KAUS ekibinden bir araştırmacı olan Pazos, “Üzerine ölçeklenebilir, düşük maliyetli bir mürekkep püskürtmeli baskı teknolojisi kullanarak gümüş elektrotlar bastığımız, altıgen bor nitrür adı verilen yeni bir iki boyutlu katmanlı malzeme kullanarak bir memristör ürettik” dedi. “2D h-BN’nin benzersiz özellikleri, elektrot yazdırıldıktan sonra da korunarak üstün güç ve rastgele sinyal üretimi sağlıyor.”
Ortaya çıkan TRNG üreteci, görünüşe göre ekibin beklentileriyle aynı çizgideydi: zaman içinde rastgele sinyalinin kararlılığı açısından bir TRNG’nin en iyi performansını gösterdi; inanılmaz derecede düşük enerji tüketimi gösterdi; ve son olarak, memristör tabanlı TRNG’nin saniyede 7 milyon rasgele bit üretmesini sağlayan kolay ve hızlı devre okuma.
Pazos, “Ayrıca, memristorumuzu ticari bir mikrodenetleyiciye bağlayarak ve anında rasgele sayı üretmenin canlı deneylerini yaparak rasgele sayılar üreten yerleşik bir devre gösterdik” diye ekledi.
Ayrıca, diğer birçok teknolojik atılımın aksine, teknoloji olduğu gibi prime time’a hazır gibi görünüyor. Teknoloji, IoT (Nesnelerin İnterneti) uygulamalarına ve sensör düğümü dizileri gibi diğer uç cihazlara kolayca yayılabilir.
Pazos, “Mürekkep püskürtmeli baskıyı kullanan ölçeklenebilir düşük maliyetli üretim yöntemimiz yalnızca mükemmel performans sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda bu cihazların düşük maliyetli karmaşık elektronik cihazlara başarılı bir şekilde entegrasyonunun anahtarıdır” diyor. “Bu çalışma, h-BN gibi 2D malzemelerin olağanüstü elektronik, fiziksel, kimyasal ve termal özellikleri sayesinde katı hal mikro ve nanoelektronik cihazlarda ve devrelerde bir devrimi destekleme potansiyelini gösteriyor.”