安全|美国普度大学采用二维材料黑鳞打造新的晶体管，可掩盖关键计算机芯片功能，防止被黑客发现
美国普度大学的研究人员通过使用名为黑磷的片状材料构建晶体管，可掩饰晶体管功能，防止黑客获得足够的电路信息，从而阻止对其进行逆向工程。研究成果发表在《自然电子学》。
逆向工程
虽然伪装已经是芯片制造商使用的一种安全措施，但它通常是在电路层面上进行的，并没有试图掩盖单个晶体管的功能--这就使得芯片有可能在合适的工具下受到逆向工程技术的攻击。
芯片逆向工程是黑客或调查知识产权侵权的公司一种常见的做法。一个芯片在电路中使用数百万个晶体管进行计算。当施加电压时，两种不同类型的晶体管--N型和P型—执行计算。复制芯片将从识别这些晶体管开始。黑客可以通过发现关键晶体管在电路中的作用，从而在芯片上重现电路，但如果无法检测晶体管的“类型”，该方法就失效。研究人员也在开发X射线成像技术，不需要实际接触芯片就能对其进行逆向工程。
普度大学的Barry M. and Patricia L.Epstein电气和计算机工程教授Joerg Appenzeller说：“这两种晶体管类型是关键，因为它们在电路中做不同的事情。它们是我们所有芯片上发生的一切的核心，但由于它们截然不同，正确的工具可以清楚地识别它们--允许向后追溯，找出每个单独的电路组件在做什么，然后重现。”
研究思路
掩盖晶体管类型以保护芯片知识产权的想法最初来自于圣母大学教授SharonHu及其合作者的理论。通常情况下，N型和P型晶体管的与众不同之处在于它们如何携带电流。N型晶体管通过传输电子来携带电流，而P型晶体管则是空穴。
Appenzeller的团队意识到，黑磷非常薄，可以使电子和空穴在相似的电流水平下传输，使得这两种类型的晶体管按照Hu的提议显得更加基本相同。Appenzeller团队随后通过实验证明了黑磷基晶体管的伪装能力。由于这些晶体管的“带隙”较小，所以在室温下可以在计算机芯片的低电压下工作。
技术优势
如果这两种晶体管类型在检查后看起来完全相同，黑客就无法通过逆向工程来重现芯片。Appenzeller的团队在研究中表明，通过用黑磷等材料制造晶体管，人们就无法区分不同晶体管。当电压切换晶体管的类型时，在黑客看来是完全一样的。
Appenzeller团队展示的伪装方法将是在晶体管中构建一个安全密钥。普度大学电气和计算机工程博士生Peng Wu说：“我们的方法会让N型和P型晶体管在基本层面上看起来是一样的。在不知道密钥的情况下，你无法真正区分它们。”他在普度大学发现园的Birck纳米技术中心建造并测试了一个使用黑磷基晶体管的原型芯片。芯片生产出来后，连芯片制造商都无法提取这把密钥。Appenzeller说：“你可以偷走芯片，但你不会有密钥。”
目前的伪装技术总是需要更多的晶体管来隐藏电路中的内容。研究人员说，但使用黑磷这种材料来隐藏晶体管类型，需要的晶体管数量更少，除了能创造更好的伪装效果外，还能占用更少的空间和功率。
面临问题
尽管黑磷具有优势，但芯片制造行业更可能使用不同的材料来实现这种伪装效果。Appenzeller说：“业界开始考虑超薄二维材料，因为它们可以让芯片上容纳更多的晶体管，使其功能更强大。黑磷的挥发性有点太强，无法与当前的加工技术兼容，但通过实验展示2-D材料如何发挥作用，是朝着找出如何实现这一安全措施迈出的一步。”
意义
普度大学的研究人员所展示的方法将在更根本的层面上提高安全性。芯片制造商如何选择使这种晶体管设计与他们的工艺兼容，将决定是否能获得这种级别的安全性。
信息来源
Journal information: Nature Electronics
https://techxplore.com/news/2020-12-transistor-disguises-key-chip-hardware.html