新晶体管设计隐藏关键计算机芯片硬件以防止黑客攻击
黑客可以通过发现关键晶体管在电路中的作用来在芯片上复制电路——但如果晶体管“类型”不可检测，则不能。普渡大学的工程师已经展示了一种方法来伪装哪个晶体管是哪个晶体管，方法是用一种叫做黑磷的片状材料制造它们。
逆向工程芯片是一种常见的做法——对于黑客和调查知识产权侵权的公司来说都是如此。研究人员还在开发无需实际触摸芯片即可对其进行逆向工程的 X 射线成像技术。
普渡大学研究人员证明的方法将在更基础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其工艺兼容将决定这种安全级别的可用性。
芯片使用电路中的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。
“但由于它们明显不同，正确的工具可以清楚地识别它们——让你倒退，找出每个单独的电路组件在做什么，然后复制芯片，”Joerg Appenzeller 教授说。因此，如果这两种晶体管类型在检查时看起来相同，那么黑客将无法通过对电路进行逆向工程来复制芯片。
Appenzeller 的团队在他们的研究中表明，通过用黑磷等材料制造晶体管来伪装晶体管，使得无法知道哪个晶体管是哪个晶体管。当电压切换晶体管的类型时，它们在黑客看来完全一样。
虽然伪装已经是芯片制造商使用的一种安全措施，但它通常是在电路级别完成的，并且不会试图掩盖单个晶体管的功能——这使得芯片可能容易受到使用正确工具的逆向工程黑客技术的攻击。</主页>
Appenzeller 团队展示的伪装方法是在晶体管中构建安全密钥。这种方法将使 N 型和 P 型晶体管在基本层面上看起来相同。如果不知道密钥，您将无法真正区分它们。甚至芯片制造商都无法在芯片生产后提取此密钥。 “你可以偷走芯片，但你不会有钥匙，”阿彭策勒说。
当前的伪装技术需要更多的晶体管来隐藏电路中正在发生的事情。但研究人员表示，使用像黑磷这样的材料（一种像原子一样薄的材料）来隐藏晶体管类型需要更少的晶体管，占用更少的空间和功率，同时还能创造更好的伪装。
隐藏晶体管类型以保护芯片知识产权的想法最初来自圣母大学教授 Sharon Hu 和她的合作者的理论。通常，使 N 型和 P 型晶体管消失的是它们如何承载电流。 N 型晶体管通过传输电子来承载电流，而 P 型晶体管则使用没有电子，称为空穴。
研究小组意识到，黑磷非常薄，可以在相似的电流水平下实现电子和空穴传输，从而使两种类型的晶体管看起来更基本相同。就在那时，他们通过实验证明了基于黑磷的晶体管的伪装能力。这些晶体管还可以在室温下以计算机芯片的低电压工作，因为它们的电子传输死区较小，称为“带隙”。
但尽管黑磷有优势，芯片制造行业更有可能使用不同的材料来实现这种伪装效果。 “业界开始考虑超薄的二维材料，因为它们可以让更多的晶体管安装在芯片上，从而使它们更强大。虽然黑磷的挥发性太强，无法与当前的处理技术兼容，但通过实验展示二维材料的工作原理是朝着弄清楚如何实施这一安全措施迈出的一步，”Appenzeller 说。
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