美国莱斯大学集成电路(IC)设计师们出席了硅谷的第一届芯片设计大会，宣布了一项技术，该技术的可靠性是目前为物联网(IoT)设备制造不可复制（不具有可解）数字指纹方法的10倍。杨开元和戴里将在2019年国际固态电路会议(ISSCC)上展示他们物理物理上不具有可解的功能(PUF)技术。PUF利用微芯片的物理缺陷来生成独特的安全密钥，这些密钥可用于对连接到物联网的设备进行身份验证。考虑到一些专家预计地球将在五年内超过1万亿联网传感器的门槛，提高物联网设备安全性的压力越来越大。杨和李的PUF通过为每个PUF生成两个独特的指纹，在可靠性上有了飞跃。
博科园-科学科普：这种“零开销”方法使用相同的PUF组件来生成两个键，并且不需要额外的区域和延迟，因为它具有创新的设计特性，允许它们的PUF比以前发布的版本节能15倍。电子和计算机工程助理教授杨说：基本上每个PUF单元都可以在两种模式下工作。在第一种模式下，它创建一个指纹，在另一种模式下，它生成第二个指纹。每个键都是唯一的标识符，双键的可靠性要高得多。当设备在第一种模式下出现故障时，可以使用第二种键。它在两种模式下都失败的概率非常小作为一种认证手段，PUF指纹和人类指纹有几个相同的优点。首先，它们是独一无二的，不必担心两个人有相同的指纹。
莱斯大学集成电路设计师杨开元设计了一种新设备的原型，这种设备的可靠性是目前为物联网设备制造不可复制数字指纹方法的10倍。图片：Jeff Fitlow/Rice University
其次，它们与个体相连。你不能改变你的指纹或者复制到别人的手指上。最后，指纹是不可复制的，没有办法创造一个和别人拥有相同指纹的人。puf加密密钥也是惟一的、绑定和不可复制性。要理解其中的原因，首先要理解计算机芯片上的每一个晶体管都非常小。超过10亿个这样的芯片可以塞在只有信用卡一半大小的芯片上。但是，尽管微芯片具有很高的精确度，但它并不完美。晶体管之间的差别可以是一个晶体管中多几个原子，另一个晶体管中少几个原子，但这些微小的差别足以产生制造PUF键的电子指纹。对于一个128位的密钥，PUF设备将向由几百个晶体管组成的PUF单元阵列发送请求信号，并根据PUF单元的响应为每个位分配一个1或0。
与以传统数字格式存储的数字键不同，PUF键在每次请求时都是主动创建，通过激活不同晶体管集可以使用不同的键。采用PUF将使芯片制造商能够以低廉的成本安全地生成用于加密的密钥，并将其作为“智能家庭”恒温器、安全摄像头和灯泡等物联网设备的下一代计算机芯片的标准功能。加密的灯泡？如果这听起来有些言过其实，那么想想看，3位年轻的计算机专家聚集了数十万台不安全的物联网设备，发起了2016年10月的分布式拒绝服务攻击(distributed denio -of-service，分布式拒绝服务攻击)。物联网的一般概念是将物理对象连接到互联网，从而将物理世界和网络世界结合起来。在今天的大多数消费者物联网中，这一概念还没有完全实现，因为许多设备都配备了电源，而且几乎所有设备都使用了为移动市场开发的现有IC功能集。
莱斯大学VLSI实验室的戴丽(左)和杨开元将在2019年国际固态电路大会(ISSCC)上展示他们的新安全技术。图片：Jeff Fitlow/Rice University
相比之下，像杨这样的实验室研发出来的设备是为物联网而设计。最新的物联网原型尺寸只有几毫米，它可以将处理器、闪存、无线发射器、天线、一个或多个传感器、电池以及更多的东西封装在一粒大米大小的区域内。PUF并不是物联网安全的新概念，但杨和李的PUF版本在可靠性、能源效率和在芯片上实现所需的面积方面是独一无二。首先，杨说性能的提高是在军事级别的温度下测量，温度范围从125摄氏度到- 55摄氏度，电源电压下降50%。如果一个晶体管在不同的环境条件下表现异常，该设备就会产生错误的按键，看起来就像一个不真实的设备。因此，对PUF来说，可靠性或稳定性是最重要的衡量标准。
能源效率对物联网也很重要，在物联网中，设备一次充电可以运行10年。在杨和李的PUF中，按键是通过静态电压产生，而不是主动给晶体管供电。静态的方法会更节能，这是违反直觉的，因为这相当于让灯24/7开着，而不是轻按开关快速浏览房间。通常情况下，人们会激活睡眠模式，当他们想要创建一个按键时，他们会激活晶体管，开关一次，然后再让它进入睡眠状态。在设计中，PUF模块总是开着的，但它只需要很少的电力，甚至比传统睡眠模式下的系统还少。芯片上区域（制造商将不得不分配空间和费用用于生产芯片上的PUF设备）是他们优于之前报告的工作的第三个指标，设计占用了2.37平方微米，在65纳米互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的原型上产生1位。
Rice为创建具有物理不可复制功能(PUF)安全密钥而设计的新设计被证明比以前发布的PUF技术更可靠、更节能、更小。图片：Jeff Fitlow/Rice University
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