Розумний чіп сприймає, зберігає, обчислює та захищає дані в одній платформі з малим енергоспоживанням

Цифрова інформація розповсюджена зараз, в епоху розумних технологій, коли дані постійно генеруються та передаються між мобільними телефонами, розумним годинником, камерами, розумними колонками та іншими пристроями. Захист цифрових даних на портативних пристроях вимагає величезної кількості енергії, стверджує міждисциплінарна група дослідників з Пенсильванського державного університету (PSU), які попереджають, що захист цих пристроїв від зловмисників стає важливішим завданням, ніж будь-коли раніше.

Під керівництвом Саптарші Даса, доцента кафедри інженерних наук та механіки PSU, дослідники розробили інтелектуальну апаратну платформу, або чіп, для зниження енергоспоживання при одночасному підвищенні рівня безпеки.

“Інформація з наших пристроїв на даний час зберігається в одному місці — у хмарі, яка є спільною та зберігається на великих серверах”, - сказав Дас, який також пов'язаний зі Школою електротехніки та інформатики PSU, Інститутом дослідження матеріалів та факультетом матеріалознавства та інженерії Коледжу наук про Землю та мінерали. “Стратегії безпеки, які використовуються для зберігання цієї інформації, вкрай неефективні з погляду енергоспоживання та вразливі для витоку даних та злому”.

Хмарне шифрування — це сучасний спосіб захисту, який перетворює дані на код для запобігання несанкціонованому доступу. Популярна система обміну повідомленнями WhatsApp, наприклад, використовує цей метод, теоретично гарантуючи, що лише пристрої, які беруть участь у чаті, можуть отримати доступ до приватних повідомлень. Однак на практиці хмарні шифри вразливі до витоків даних та є частою мішенню для зловмисників, вважають дослідники.

“Хоча програмні модулі безпеки є потужними, існує безліч проблем, пов'язаних з ними”, - каже перший автор дослідження Ахіл Додда, докторант кафедри інженерних наук та механіки Університету Пенсільванії. “Ми розробили криптографічну платформу з використанням двовимірного матеріалу, щоб подолати ці обмеження безпеки”.

За словами дослідників, кремній, який зазвичай використовується для виготовлення транзисторів у мобільних телефонах, не підходить для створення транзистора достатньо малого розміру, щоб заощадити на споживанні енергії. Натомість вони звернулися до двовимірних матеріалів, зокрема дисульфіду молібдену (MoS2), товщина якого становить менше одного нанометра, щоб створити криптографічний чіп з низьким енергоспоживанням. Співробітники PSU Джоан Редвінг, видатний професор матеріалознавства та інженерії та електротехніки, та Ніколас Трейнор, аспірант у галузі матеріалознавства та інженерії, спільно синтезували MoS2, необхідний для створення чіпа.

У чіпі використовується 320 транзисторів MoS2, кожен з яких має сенсорний блок, блок зберігання та обчислювальний блок для шифрування даних. Щоб перевірити міцність процесу шифрування, дослідники використали алгоритми машинного навчання, які дозволили їм вивчити вихідні шаблони та передбачити вхідну інформацію.

“Ми виявили, що передові методи машинного навчання не змогли розшифрувати зашифровану інформацію, що підтверджує стабільність процесу шифрування до атак за допомогою машинного навчання”, - сказав Дас. “Без попереднього знання інформаційних каналів та змінних декодування розшифрувати інформацію вкрай складно”.

Крім того, за словами дослідників, енергія, що витрачається на шифрування інформації, була значно меншою, ніж при використанні кремнієвих методів захисту. В результаті було створено малопотужний чіп "все в одному", який може сприймати, зберігати, обчислювати та передавати інформацію між підключеними пристроями – потенційне рішення для користувачів, яким потрібна додаткова безпека, але які не можуть дозволити собі розряджати батареї своїх портативних пристроїв при повсякденному використанні.

“У найближчому майбутньому ми плануємо звернутися до федеральних агентств та приватних корпорацій, що спеціалізуються на інтелектуальній безпеці для того, щоб розширити сферу нашої роботи”, - сказав Дас.

Дослідники опублікували свої результати 23 червня у журналі Nature Communications.