Nou material teoretic promite cipuri de criptare rapide și sigure
O echipă de fizicieni a propus o soluție teoretică pentru o problemă de lungă durată în generarea numerelor aleatoare, deschizând perspectiva unor cipuri de securitate de generație următoare care protejează datele fără a încetini performanța. Într-un studiu publicat în Physical Review Letters, o echipă condusă de Jun-Jie Zhang și Boris Yakobson de la Universitatea Rice, în colaborare cu Shuai Dong, președintele Școlii de Fizică din cadrul Universității de Sud-Est din China, descrie o nouă clasă de materiale numite autferroice.
Aceste materiale ar putea accelera generatoarele fizice de numere cu adevărat aleatoare de mii de ori, menținând semnalele clare. Sistemele de securitate pot deveni lente sau vulnerabile dacă numerele aleatoare care stau la baza criptării sunt generate prea încet ori cu semnale slabe. În astfel de dispozitive, fluctuațiile termice din comutatoarele magnetice microscopice produc numerele esențiale, însă dispozitivele standard declanșează aceste tranziții mult prea lent. Reducerea componentelor sau aplicarea de câmpuri magnetice externe poate accelera procesul, dar degradează semnalul și provoacă erori de citire.
Materialele autferroice ocolesc această limitare printr-o interacțiune de tip „balansoar” între proprietățile electrice și magnetice. În loc să forțeze o tranziție magnetică directă, de energie înaltă, comutatorul autferroic direcționează tranziția printr-un pas intermediar pur electric. Această cale alternativă reduce bariera energetică cu aproape două treimi, menținând în același timp semnalul magnetic la intensitate maximă.
Simulările computerizate și modelarea dinamică realizate de echipă arată că scăderea barierei energetice crește rata de comutare de la sub 100 de comutări pe secundă la peste 400.000 pe secundă, generând peste un milion de biți aleatori pe secundă. Rezultatele au trecut testele oficiale ale Institutului Național de Standarde și Tehnologie, considerate standardul de aur pentru măsurarea aleatorietății.
Echipa a constatat de asemenea că aplicarea unui câmp electric constant accelerează și mai mult generarea. Pentru că acest câmp accelerează comutarea fără a favoriza o stare în detrimentul alteia, dispozitivul rămâne la un echilibru perfect de 50/50, producând aleatorietate fără bias de ieșire.
Proprietățile electrice și magnetice se pot combina în patru stări distincte, egal stabile, în loc de binarul standard 0 și 1. Această ieșire multistare permite unui singur component minuscul să facă munca mai multor tranzistori convenționali în calculul avansat. Prin conectarea a două astfel de unități la circuite simple, echipa a arătat că microcipurile obișnuite pot procesa date multistare și pot imita calculul cuantic testând simultan mai multe rezultate.
Constatările sunt deocamdată teoretice, bazate pe modele computerizate ale unui nanomaterial 2D cunoscut sub numele de seleniură de titan și germaniu, dar oferă un plan pentru aplicații reale de fabricație. Imperfecțiunile structurale ale dispozitivelor reale pot încetini ușor vitezele de comutare, însă studiul oferă inginerilor o fundație teoretică pentru construirea următoarei generații de cipuri de criptare hardware și de calcul cu consum redus.
