數(shù)學(xué)家證明電子設(shè)備的閃存指紋是真正獨(dú)特的

RUDN大學(xué)的應(yīng)用數(shù)學(xué)專家已通過實(shí)驗(yàn)證明，可以通過閃存單元中的缺陷準(zhǔn)確識(shí)別電子設(shè)備。事實(shí)證明，這些缺陷的分布和性質(zhì)是獨(dú)特的，它們可以充當(dāng)存儲(chǔ)芯片的“指紋”。這種新方法將創(chuàng)建無法偽造的電子閃存密鑰，從而提高了針對(duì)黑客攻擊的防護(hù)能力。研究結(jié)果發(fā)表在IEEE Access雜志上。

隨著信息和通信設(shè)備(智能手機(jī)，健身手環(huán)，Wi-Fi設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備)在世界范圍內(nèi)擴(kuò)散，保護(hù)它們免受盜竊和篡改的問題變得越來越重要。需要一種準(zhǔn)確識(shí)別每個(gè)設(shè)備的方法?，F(xiàn)有的識(shí)別方法可以分為兩種：虛擬的和物理的。虛擬方法應(yīng)用于設(shè)備的軟件(固件)。例如，它可以是“硬寫入”設(shè)備的唯一編號(hào)。問題是任何軟件都可以被黑客入侵和更改數(shù)據(jù)。物理方法處理硬件。這些措施包括通過其射頻的獨(dú)特波動(dòng)來識(shí)別設(shè)備。但是，無線電信號(hào)容易受到干擾。

其中的物理鑒定新方法是基于損壞閃存存儲(chǔ)單元。由于微觀制造缺陷，損壞的單元會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)在設(shè)備的存儲(chǔ)塊中。這些微缺陷的模式是唯一的，這意味著一個(gè)設(shè)備可以與另一個(gè)設(shè)備區(qū)分開。但是，以前無法通過數(shù)值方法證明這種方法的有效性，因此RUDN大學(xué)的專家們致力于驗(yàn)證該技術(shù)的有效性。

為此，他們使用了配置為NOR的閃存芯片，該芯片用于計(jì)算機(jī)的微控制器和微芯片中。NOR閃存是位于導(dǎo)體矩陣上的低級(jí)存儲(chǔ)單元的二維陣列。每個(gè)單元存儲(chǔ)一到四位信息。要在單元格中記錄或擦除信息，您需要更改其電量。在記錄過程中，單元將位的初始狀態(tài)(通常為“ 1”)更改為相反的狀態(tài)(“ 0”)。但是在每個(gè)寫周期之后，不可逆的更改會(huì)在單元中積累，并且在某個(gè)時(shí)刻它會(huì)停止工作，也就是說，如果嘗試寫操作，它將不再更改其狀態(tài)。這樣的單元被認(rèn)為是損壞的，并且出現(xiàn)損壞的單元的過程稱為存儲(chǔ)芯片劣化。

存儲(chǔ)器單元“死亡”的過程是完全隨機(jī)的，因此特定存儲(chǔ)器扇區(qū)內(nèi)非功能性單元的分布圖對(duì)于每個(gè)設(shè)備都是唯一的。如果在小配件出售之前將此模式添加到數(shù)據(jù)庫(例如由制造商維護(hù))，則可以通過此損壞的單元模式來明確標(biāo)識(shí)設(shè)備。制造商將能夠檢查特定的內(nèi)存扇區(qū)，將其與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，并阻止被盜的智能手機(jī)或采取其他措施。

RUDN大學(xué)的研究人員決定在實(shí)踐中證明損壞的單元模式對(duì)于每個(gè)存儲(chǔ)芯片都是唯一的。他們使用Raspberry Pi計(jì)算機(jī)將120個(gè)NOR閃存芯片連接到自定義測(cè)試臺(tái)。每個(gè)芯片上的512個(gè)扇區(qū)之一被重寫350,000次，被強(qiáng)行破壞。結(jié)果，獲得了每個(gè)芯片的第一存儲(chǔ)器扇區(qū)的受損單元的圖。對(duì)于大多數(shù)測(cè)試芯片，該部門中非功能性單元的數(shù)量為30到100。

之后，研究人員比較了所有“壞”細(xì)胞的圖譜，沒有一個(gè)與其他任何圖譜匹配。他們還將數(shù)據(jù)外推到大量的設(shè)備。統(tǒng)計(jì)計(jì)算表明，受損細(xì)胞的兩個(gè)相同圖譜的可能性無限小。

當(dāng)然，使用芯片時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)新的計(jì)劃外損壞的電池。但是一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，該映射在設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)幾乎沒有變化：在出現(xiàn)新的“壞”單元之前，平均寫入周期數(shù)為3940。這相當(dāng)于每天使用10年以上。但是，仍然有可能一個(gè)新的損壞的電池將使該設(shè)備與另一個(gè)僅因該電池而不同的設(shè)備相同。RUDN大學(xué)數(shù)學(xué)也使用特殊公式計(jì)算了該概率。事實(shí)證明，即使不能完全排除這種可能性，也無限小：大約五分之一。

利用所有這些數(shù)據(jù)，專家們成功地完成了兩個(gè)設(shè)備之間的相互識(shí)別過程：他們彼此成功地“相互識(shí)別”。

因此，研究人員在實(shí)踐中和數(shù)學(xué)上都證明了閃存損壞的扇區(qū)可以用作微處理器，智能手機(jī)和其他設(shè)備的四千萬個(gè)的唯一標(biāo)識(shí)符。這個(gè)數(shù)字大大高于目前世界上的設(shè)備數(shù)量。