近日，松山湖质料试验室、中国科学院物理研究所及湖南年夜学构成的研究团队于二维半导体硬件安全器件研究方面取患上主要进展。该事情提出了一种基在晶圆级单层二硫化钼的光可重构环形振荡器物理不成克隆函数（RO-PUF），为二维半导体质料于硬件安全范畴的运用提供了新的器件架构与实现路径。相干研究结果发表在《天然-通信》。
基在PUF的硬件安全技能，可以或许使用器件制造历程中固有的微不雅随机差异天生独一且难以复制的硬件指纹，是物联网终端、边沿计较芯片及可托电子体系的主要安全基础。此中，RO-PUF具备布局紧凑、功耗低、相应速率快等上风。然而，传统硅基RO-PUF遍及存于熵密度较低、挑战-相应空间固定、部署后难以重构等问题，轻易遭遇呆板进修建模进犯，难以满意繁杂运用场景对于持久安全性的需求。
二硫化钼环形振荡器物理不成克隆函数暗码学示用意。研究团队供图 二硫化钼作为典型二维半导体质料，兼具优秀的电学机能、强光相应特征及晶圆级制备潜力，为构建新型可重构PUF器件提供了主要质料平台。然而，已经有基在二维质料的PUF多依靠生长描摹无序、异质布局随机性或者晶体管阈值电压颠簸等静态熵源，器件制备完成后挑战-相应瓜葛基本固定，仍存于被持久建模及猜测的危害。是以，怎样于连结硬件布局不变的同时引入动态可调熵源，是晋升PUF安全性与实用性的要害问题。
研究团队基在晶圆级单层二硫化钼构建了8×8共64个单位的五级环形振荡器阵列，提出了一种光可重构RO-PUF器件。该器件使用二硫化钼晶体管之间固有的微不雅电学差异提供本征电学熵，同时使用红光、绿光、蓝光等差别波长光照对于振荡频率的选择性调建造用，引入动态光学熵维度，从而于不转变硬件布局的条件下实现可反复、可逆的密钥重构。
研究注解，所制备的二硫化钼场效应晶体管具备优良的器件一致性及不变电学机能，基在其构建的五级环形振荡器可以或许实现不变的矜持振荡。于差别波长光照下，振荡器频率体现出较着的光谱选择性相应，此中红光调控作用最强，绿光次之，蓝光较弱。这类波长依靠的频率调制举动与二硫化钼的光接收及载流子相应特征紧密亲密相干，为PUF提供了可控且可重构的光学熵源。
研究团队成立了完备的密钥天生流程。阵列输出的频率旌旗灯号颠末片内归一化、随机高斯投影、q元量化、SHA-256隐私放年夜以和HMAC密钥推导后，可天生用在加密与认证的安全密钥。统计成果显示，所天生密钥于匀称性、独一性及随机性方面均靠近抱负程度；经哈希处置惩罚后，器件间归一化汉明间隔靠近0.5，注解差别硬件单位之间具备高度可区别的独一指纹特性。
该研究还有体系验证了二硫化钼RO-PUF于图象加密、身份认证及窜改检测中的运用能力。试验成果注解，基在PUF天生的密钥可将图象加密为高度随机化的密文，利用准确密钥可以或许正确恢回复复兴始图象，而过错光照前提或者过错密钥则没法完成解密。于窜改检测测试中，体系可以或许有用辨认密文中的微小改动，体现出优良的完备性校验能力及认证不变性。
针对于硬件PUF面对的呆板进修进犯问题，研究团队进一步采用多层感知器、撑持向量机及线性回归等模子举行进犯测试。成果注解，颠末哈希处置惩罚后的密钥猜测正确率靠近随机预测程度，申明该体系可以或许有用堵截模仿频率特性与终极密钥之间的可进修映照，显著晋升抗呆板进修进犯能力。与传统CMOS SRAM PUF、石墨烯FET PUF、碳纳米管PUF和已经有二硫化钼基PUF比拟，该光可重构RO-PUF于独一性、匀称性、多熵源能力、动态可重构性及抗进犯能力等方面揭示出综合上风。
该研究不仅解决了传统PUF密钥固定、熵源单一及易受建模进犯等问题，也为将来物联网终端、边沿计较芯片、可穿着装备和芯片防伪等场景提供了一种兼具低功耗、可重构性及高安全性的新型解决方案。
相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-72557-8
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