قفل‌های منطقی؛ محافظ دستگاه‌های الکترونیکی در برابر حملات سایبری

محققان نشان داده‌اند که چگونه می‌توان قفل‌های منطقی محافظ مبتنی‌بر اسپین‌ترونیک را در مدارهای یکپارچه تراشه‌های الکترونیکی برای محافظت از امنیت تراشه قرار داد.

اسپین‌ترونیک (اسپین‌الکترونیک) به مطالعه اسپین الکترون و گشتاور مغناطیسی مربوط به آن، برای کاربرد در ادوات حالت جامد گفته می‌شود.

یحیی مسعود (Yehia Massoud) از دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله در عربستان سعودی توضیح می‌دهد: نیاز به ویژگی‌های امنیتی مبتنی‌بر سخت‌افزار نشان‌دهنده ماهیت جهانی‌شده تولید الکترونیک مدرن است. شرکت‌های الکترونیک معمولاً ریخته‌گری‌های بزرگ تخصصی را برای تولید تراشه‌های خود به‌کار می‌گیرند که هزینه‌ها را به حداقل می‌رساند؛ اما آسیب‌های احتمالی را به زنجیره تأمین وارد می‌کند.

احتمال دارد یک کارخانه ریخته‌گری غیرقابل اعتماد، طراحی مدار را برای تولید تراشه‌های تقلبی به صورت غیرقانونی کپی کند یا ممکن است تروجان‌های سخت‌افزاری را وارد مدار کند که تأثیرات مضری داشته باشد و رفتار آن را به نحوی تغییر دهد.

امروزه، برای افزایش اعتماد به زنجیره تولید مدارهای یکپارچه جهانی‌شده، از روش‌های امنیتی مانند قفل منطقی به طور گسترده استفاده می‌شود. این تیم پژوهشی به‌منظور دفاع از امنیت تراشه، یک قفل منطقی مدار یکپارچه را مبتنی بر قطعه‌ای به نام اتصال تونل مغناطیسی (magnetic tunnel junction) طراحی کرد.

به گفته محققان، قفل منطقی مانند یک قفل ترکیبی عمل می‌کند. در صورتی که سیگنال ترکیبی کلید درست به قفل داده نشود، عملکرد مدار درهم می‌رود. کلیدهای قفل در حافظه نفوذناپذیر ذخیره می‌شوند و امنیت سخت‌افزاری را در برابر مدل‌های مختلف تهدید تضمین می‌کنند.

رفتار قفل منطقی اتصال تونل مغناطیسی، مبتنی‌بر اسپین‌ترونیک است که شکل نوظهور الکترونیک پیشرفته به‌شمار می‌رود. مسعود توضیح می‌دهد: اسپین‌ترونیک رشته‌ای است که در آن از ویژگی فیزیکی الکترون‌ها، که اسپین نامیده می‌شود، علاوه بر بار آن‌ها بهره‌برداری می‌شود. اسپین از خاصیت‌های بنیادی ذرات زیراتمی است که معادل کلاسیک ندارد و یک خاصیت کوانتومی به‌شمار می‌آید.

خروجی الکترونیکی اتصال تونل مغناطیسی به تراز اسپین الکترون‌های درون آن بستگی دارد. با این حال، فقط زمانی که اتصال تونل مغناطیسی، ورودی سیگنال کلید صحیح را دریافت می‌کند، خروجی صحیح را برای عملکرد مدار محافظت‌شده تولید می‌کند.

این پژوهشگر خاطرنشان می‌کند که دستگاه‌های مبتنی‌بر اسپین در مقایسه با اجزای سیلیکونی معمولی دارای چندین مزیت از جمله ولتاژ پایین عملیاتی و مصرف نکردن برق در حالت آماده‌به‌کار هستند.

وی می‌افزاید: با پیشرفت روش‌های ساخت، امکان استفاده از ساختارهای نوظهور دستگاه اسپین‌ترونیک در طراحی تراشه افزایش یافته است. این ویژگی‌ها دستگاه‌های اسپین‌ترونیک را به گزینه‌ای بالقوه برای بررسی امنیت سخت‌افزار تبدیل می‌کند.

حاصل کار این تیم پژوهشی نشان داده است که اسپین‌ترونیک برای قفل منطقی ایده آل محسوب می‌شود.​