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Mar 20, 2023

암호화의 열쇠: 잉크젯 프린터로 만든 Memristor로 진정한 난수 생성기 잠금 해제

최초로 인쇄 가능한 전자 회로로 TRNG를 만들 수 있었습니다. ㅏ

최초로 인쇄 가능한 전자 회로로 TRNG를 만들 수 있었습니다.

KAUST(King Abdullah University of Science and Technology)의 연구원 그룹은 저항기, 커패시터 및 인덕터와 함께 4가지 기본 전기 구성 요소 중 하나인 회로인 "멤리스터"에 대한 새롭고 획기적인 제조 기술을 발표했습니다. . 새로운 기술은 암호화의 필수 구성 요소 중 하나인 TRNG(True Random Number Generator)를 생성할 수 있는 것으로 나타났습니다.

실제 난수 생성기는 암호화의 필수 부분이며 아마도 직관적이지 않게(결국 난수를 생성하는 것이 얼마나 어려운가요?) 실패하기 가장 쉬운 부분 중 하나이기도 합니다. 무작위 분포(즉, 가능한 모든 사건이 동일한 확률로 발생할 때)가 비무작위 분포가 되기 쉽기 때문입니다.

일반적으로 TRNG는 AMD의 Ryzen 및 Epyc 바인딩 암호화 공동 프로세서(CCP)(현재 반복 5.0)와 같은 실리콘 수준에서 구현됩니다. 난수를 생성하는 한 가지 방법은 컴퓨터 작동의 기초가 되는 광전 효과와 같은 본질적으로 무작위 현상을 살펴보는 것입니다. 이러한 효과를 통해 암호화 작업의 기초로 사용되는 난수가 생성됩니다. 각 난수는 해싱이라는 프로세스에서 암호화된 메시지의 일부로 변환됩니다. 문제를 더 나은 시각으로 바라보기 위해 AMD의 Xilinx 사업부가 진정한 난수 생성기 역할을 하는 것을 목표로 하는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)를 상용화한다는 점을 고려하십시오.

그러나 전기 부품에는 작동 경계가 있으며 작은 전압 변화로 인해 패턴을 형성하는 계산 또는 광전 "오류"가 발생할 수 있습니다. 물론 무작위라고 가정되는 숫자 풀에서 패턴이 나타나면 더 이상 실제로 무작위가 아닙니다. 하나의 숫자가 다른 숫자보다 선택될 확률이 약간 다른 패턴이 있습니다. 그리고 그것이 정말로 무작위가 아니라면, 새로운 패턴을 추출하고, 분석하고, 암호화된 출력과 비교할 수 있습니다. 그리고 암호화된 보안 메시지를 향한 길이 열려 있습니다.

일부 패턴은 시스템을 임의의 "평형" 상태에서 벗어나게 하는 시스템의 특정 불균형으로 인해 자연스럽게 나타날 수 있습니다(예: 하드웨어 성능 저하, 이는 CPU와 GPU 모두 노후화됨에 따라 최대 지속 작동 주파수가 떨어지는 현상에 부분적으로 영향을 미칩니다). ). 예를 들어 시스템의 팬 속도와 같은 패턴에서 데이터를 유출하는 등 연구자들이 이를 악용하는 것을 보았습니다. 그러나 다른 것들은 충분히 정교한 적들에 의해 소개될 수 있습니다.

KAUST 연구원들이 수행한 작업은 이제 3D 프린팅과 다르지 않은 프로세스로 멤리스터 기반 TRNG 제조를 가능하게 합니다. 일반적인 필라멘트 대신 원자적으로 얇은 질화붕소 층과 은 전극이 멤리스터의 요소가 모두 제자리에 쌓일 때까지 증착됩니다. 이러한 특정 제조 프로세스로 인해 TRNG는 수백만 개의 트랜지스터가 포함된 고가의 회로로 구축된 일반적으로 CPU 통합 대안에 비해 전력을 소비합니다(전력 사용량과 가속기 설계에서 차지하는 공간 측면에서 비용이 많이 듭니다).

KAUS 팀의 연구원인 Pazos는 "우리는 육각형 질화붕소라는 새로운 2차원 적층 재료를 사용하여 멤리스터를 제작했으며, 그 위에 확장 가능하고 저렴한 잉크젯 인쇄 기술을 사용하여 은 전극을 인쇄했습니다"라고 말했습니다. "2D h-BN의 독특한 특성은 전극이 인쇄된 후에도 유지되어 우수한 출력과 무작위 신호 생성이 가능합니다."

그 결과 TRNG 생성기는 분명히 팀의 기대와 일치했습니다. 시간에 따른 무작위 신호의 안정성 측면에서 TRNG의 최고의 성능을 보여주었습니다. 엄청나게 낮은 에너지 소비를 보여주었습니다. 마지막으로 쉽고 빠른 회로 판독을 통해 멤리스터 기반 TRNG가 초당 700만 개의 무작위 비트를 생성할 수 있습니다.

"게다가 우리는 멤리스터를 상업용 마이크로컨트롤러에 연결하고 즉석에서 난수 생성을 실시간 실험함으로써 난수를 생성하는 내장 회로를 시연했습니다."라고 Pazos는 덧붙였습니다.