ارائه معماری کم توان و ایمن برای مدارهای PUF با استفاده از فناوری CNTFET

افزایش کاربرد تجهیزات اینترنت اشیا، سامانه های تعبیه شده و تجهیزات هوشمند موجب شده است که امنیت سخت افزار و حفاظت از اطلاعات محرمانه به یکی از چالش های مهم در طراحی مدارهای مجتمع تبدیل شود. روش های سنتی امنیتی مبتنی بر الگوریتم های رمزنگاری، معمولا نیازمند ذخیره کلیدهای محرمانه در حافظه های دیجیتال هستند که این موضوع می تواند امکان استخراج فیزیکی کلیدها توسط مهاجمان را فراهم کند. توابع غیرقابل کلون فیزیکی (PUF) به عنوان یک راهکار امنیتی مبتنی بر ویژگی های ذاتی سخت افزار، امکان تولید کلیدهای منحصربه فرد را بدون ذخیره سازی مستقیم اطلاعات امنیتی فراهم می کنند. با وجود مزایای PUFهای مبتنی بر CMOS، محدودیت های فناوری های سیلیکونی در مقیاس های نانومتری، افزایش توان مصرفی و مشکلات ناشی از کاهش ابعاد ترانزیستورها، ضرورت استفاده از فناوری های نوظهور مانند CNTFET را مطرح کرده است. در این پژوهش، معماری کم توان و ایمنی برای مدار PUF مبتنی بر ترانزیستورهای اثر میدان نانولوله کربنی ارائه شده است. در طراحی پیشنهادی، از ویژگی های منحصربه فرد CNTFET شامل سرعت سوئیچینگ بالا، توان مصرفی پایین، قابلیت تنظیم ولتاژ آستانه و حساسیت مناسب نسبت به تغییرات فرآیند ساخت، برای افزایش امنیت و کاهش هزینه انرژی استفاده شده است. مدار طراحی شده در محیط HSPICE پیاده سازی شده و تحت شرایط مختلف دما و ولتاژ مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، اثر تغییرات تصادفی فرآیند ساخت بر عملکرد مدار تحلیل شده است. معیارهای امنیتی شامل قابلیت اطمینان، منحصر به فرد بودن، تصادفی بودن پاسخ ها و بهره وری انرژی مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد که معماری پیشنهادی توانسته است با کاهش توان مصرفی و انرژی مورد نیاز برای تولید هر بیت پاسخ، عملکرد بهتری نسبت به ساختارهای متداول مبتنی بر منطق دودویی ارائه دهد. مقدار توان مصرفی مدار پیشنهادی برابر با ۱.۰۸۳×۱۰⁻⁴ وات و انرژی مصرفی به ازای هر بیت برابر با ۳۳.۸۰ fJ/b به دست آمده است که کاهش قابل توجهی نسبت به معماری مرجع دارد. همچنین نتایج حاصل از تحلیل های امنیتی نشان دهنده قابلیت مناسب مدار پیشنهادی برای تولید کلیدهای پایدار و مقاوم در برابر تغییرات محیطی است. بنابراین، معماری ارائه شده می تواند گزینه ای مناسب برای طراحی مدارهای امنیتی نسل آینده در سامانه های کم توان و نانوالکترونیکی باشد.

کلیدواژه ها:

CNTFET ، PUF ، امنیت سخت افزار ، مدار کم توان ، اینترنت اشیا ، تغییرات فرآیند ، طراحی نانوالکترونیک