طراحی و بهینه سازی تابع غیرقابل کلون فیزیکی با منطق سه مقداری در ترانزیستورهای نانولوله کربنی

با گسترش سامانه های الکترونیکی هوشمند و افزایش تهدیدهای امنیتی علیه سخت افزارها، نیاز به روش های نوین برای ایجاد شناسه های منحصربه فرد و غیرقابل جعل در سطح تراشه بیش از پیش احساس می شود. توابع غیرقابل کلون فیزیکی یا PUF یکی از راهکارهای نوین امنیت سخت افزار هستند که با بهره گیری از تغییرات تصادفی ناشی از فرآیند ساخت، امکان تولید کلیدهای امنیتی منحصربه فرد را بدون نیاز به ذخیره سازی دائمی اطلاعات محرمانه فراهم می کنند. با این حال، کاهش ابعاد فناوری CMOS، افزایش اثرات فرآیندی و محدودیت های توان مصرفی، ضرورت استفاده از فناوری های جایگزین مانند ترانزیستورهای اثر میدان نانولوله کربنی (CNTFET) را افزایش داده است. در این پژوهش، یک معماری جدید برای بهینه سازی سلول PUF مبتنی بر CNTFET با استفاده از منطق سه مقداری ارائه شده است. در معماری پیشنهادی، مقایسه کننده های ولتاژی دودویی با ساختارهای منطقی سه مقداری شامل معکوس کننده های NTI و PTI جایگزین شده اند تا حساسیت مدار نسبت به تغییرات محیطی کاهش یافته و کیفیت سیگنال های ورودی بهبود یابد. مدار پیشنهادی در محیط HSPICE با فناوری ۳۲ نانومتر CNTFET طراحی و شبیه سازی شده و عملکرد آن با استفاده از تحلیل مونت کارلو ۱۰۰ مرتبه ای مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که استفاده از منطق سه مقداری موجب بهبود شکل موج ورودی، افزایش دقت تولید بیت های پاسخ و کاهش تاثیر نویز و تغییرات فرآیندی شده است. همچنین مدار پیشنهادی توانایی تولید کلیدهای ۳۲ بیتی تصادفی و منحصربه فرد را دارا بوده و در مقایسه با ساختارهای مبتنی بر منطق دودویی، عملکرد مطلوب تری از نظر پایداری و مصرف انرژی ارائه می دهد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که ترکیب فناوری CNTFET و منطق سه مقداری می تواند مسیر مناسبی برای طراحی نسل جدید PUFهای کم حجم، کم توان و مقاوم در برابر حملات سخت افزاری فراهم سازد.

کلیدواژه ها:

تابع غیرقابل کلون فیزیکی ، CNTFET ، منطق سه مقداری ، امنیت سخت افزار ، مونت کارلو ، HSPICE ، کلید امنیتی