擅长“伪装”的晶体管,对付黑客有一手

芯片上的4个晶体管由二维材料制成,这让它们能够规避黑客攻击。

普渡大学教授Joerg Appenzeller希望借助二维材料提高芯片的安全性。

黑客可以通过检测电路中关键晶体管的功能,复制芯片电路。但如果晶体管的类型被“模糊化”,黑客就无法实施攻击行为了。

《自然?电子学》杂志当地时间12月7日发文称,美国普渡大学的工程师展示了一种“伪装”方法——用薄片状材料黑磷制造晶体管。这种内置安全措施,可以有效阻止黑客获取电路信息,进而对抗芯片反向工程。

对黑客和知识产权公司而言,芯片反向工程是一种常见策略,甚至有人在尝试开发X射线成像技术,无需接触芯片就能完成反向工程。

普渡大学研究人员在更基础的层面上提升了芯片安全性。芯片制造商如何让黑磷晶体管与制造工艺兼容,将决定这种内置安全措施的可行性。

芯片依靠电路中的数百万个晶体管进行计算。当施加电压时,两种不同类型的晶体管(N型和P型)就能完成计算任务。想要复制芯片,首先需要识别晶体管类型。

“识别晶体管的类型是破解芯片的关键。”普渡大学电子与计算机工程教授Joerg Appenzeller解释,“两种晶体管在电路中角色不同。正因为它们存在明显区别,黑客可以利用工具对其识别,进行逆向分析,进而得出每个单独电路元件的功能,复制芯片。”

如果这两种晶体管看上去相同,黑客就无法通过反向工程来复制芯片。

虽然芯片制造商已经引入伪装技术作为安全措施,但它通常是在电路层面进行的,无法隐藏单个晶体管的功能,因此,芯片仍可能遭受某些黑客技术的攻击。

Appenzeller团队的伪装方法是在晶体管中建立安全密钥,不论是芯片制造商还是芯片窃取者,都无法在生产芯片后提取这把密钥。

与传统伪装技术相比,黑磷晶体管的显著优势主要体现在两个方面:(1)黑磷是一种原子级材料,达到电路隐藏目的所需的黑磷晶体管数量较少,占用的空间更少,功耗更低。(2)黑磷晶体管的电子传输“盲区”较小,计算机芯片能够在室温、低电压下工作。

尽管黑磷晶体管有诸多优点,但芯片制造业更可能采用其他材料来达到这种伪装效果。“工业界已经开始考虑使用超薄二维材料,因为它能够让芯片搭载更多晶体管,使功能更加强大。” Appenzeller说,“然而,黑磷挥发性太强,与目前的处理技术兼容性不佳,因而可能不是芯片业的最终选择。即便如此,黑磷晶体管已经展示了二维材料在安全领域的巨大潜力。”

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编译:雷鑫宇

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《自然?电子学》

期刊编号:2520-1131

原文链接:

https://techxplore.com/news/2020-12-transistor-disguises-key-chip-hardware.html

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