Matematikere beviser, at flash-hukommelse fingeraftryk af elektroniske enheder er virkelig unikke

Eksperter i anvendt matematik ved RUDN Universitet har eksperimentelt bevist, at det er muligt nøjagtigt at identificere elektroniske enheder ved defekter i flash-hukommelsesceller. Det viser sig, at fordelingen og arten af ​​disse defekter er unikke, og de kan spille rollen som "fingeraftryk" til hukommelseschips. Den nye metode vil forbedre beskyttelsen mod hackerangreb, da det ville skabe elektroniske flashnøgler, der ikke kan forfalskes. Resultaterne af undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet IEEE adgang .

Som informations- og kommunikationsenheder – smartphones, fitness armbånd, Wi-Fi udstyr, hukommelsesenheder - spreder sig over hele verden, spørgsmålet om at beskytte dem mod tyveri og manipulation bliver mere og mere relevant. Der er behov for en måde at identificere hver enkelt enhed på. Eksisterende identifikationsmetoder kan opdeles i to typer:virtuelle og fysiske. Virtuelle metoder anvendes på softwaren (firmwaren) på en enhed. Det kunne være, for eksempel, et unikt nummer, der er "hårdt skrevet" ind i enheden. Problemet er, at enhver software kan hackes og data ændres. Fysiske metoder omhandler hardware. Disse omfatter identifikation af en enhed ved unikke udsving i dens radiofrekvens. Imidlertid, radiosignaler er udsat for interferens.

En af de nye metoder til fysisk identifikation er baseret på beskadigede flash-hukommelsesceller. På grund af mikroskopiske fabrikationsfejl, beskadigede celler vises tilfældigt i en enheds hukommelsesblokke. Mønstret af disse mikrodefekter er unikt, og det betyder, at en enhed kan skelnes af den fra en anden. Tidligere, imidlertid, det har ikke været muligt numerisk at bevise effektiviteten af ​​denne metode, så eksperterne fra RUDN Universitet påtog sig at verificere effektiviteten af ​​denne teknologi.

For det, de brugte flash-hukommelseschips med konfigurationen NOR, som bruges i mikrocontrollere og mikrochips til computere. NOR-flashhukommelse er en todimensionel række af hukommelsesceller på lavt niveau placeret på lederens matrix. Hver af cellerne gemmer fra en til fire bits information. For at optage eller slette oplysninger i en celle, du skal ændre dens ladning. Under optagelsesprocessen, cellen ændrer den oprindelige tilstand af bit (normalt "1") til det modsatte ("0"). Men efter hver skrivecyklus, irreversible forandringer ophobes i cellen, og på et tidspunkt holder det op med at virke, det er, den ændrer ikke længere sin tilstand, hvis der forsøges at skrive. En sådan celle betragtes som beskadiget, og processen med udseendet af korrupte celler kaldes hukommelseschipnedbrydning.

Processen med hukommelsescellers "død" er fuldstændig tilfældig, så billedet af fordelingen af ​​ikke-funktionelle celler inden for en bestemt hukommelsessektor vil være unikt for hver enhed. Hvis, før gadgetten sælges, dette mønster føjes til en database, f.eks. vedligeholdes af producenten, det ville blive muligt at identificere enheden utvetydigt ved dette beskadigede cellemønster. Producenten ville være i stand til at kontrollere en bestemt hukommelsessektor, sammenligne det med databasen og blokere en stjålet smartphone eller tage andre forholdsregler.

Forskerne fra RUDN University besluttede i praksis at bevise, at det beskadigede cellemønster er unikt for hver hukommelseschip. De tilsluttede 120 NOR flash-hukommelseschips til en brugerdefineret testbed ved hjælp af Raspberry Pi-computer. En af de 512 sektorer på hver chip blev tvangsforstyrret ved at omskrive den 350, 000 gange. Som resultat, et kort over beskadigede celler i den første hukommelsessektor af hver chip blev opnået. Antallet af ikke-funktionelle celler i sektoren for de fleste af de testede chips varierede fra 30 til 100.

Efter det, forskerne sammenlignede alle kortene over de "dårlige" celler, og ingen af ​​dem matchede nogen andre. De ekstrapolerede også dataene til et meget stort antal - kvadrillioner - af enheder. Statistiske beregninger viste, at sandsynligheden for to identiske kort over beskadigede celler er uendelig lille.

Selvfølgelig, nye uplanlagte beskadigede celler kan dukke op, mens en chip er i brug. Men et eksperiment viste, at kortet næsten ikke ændrer sig i løbet af enhedens levetid:det gennemsnitlige antal skrivecyklusser før fremkomsten af ​​en ny "dårlig" celle er 3940. Dette svarer til mere end 10 års daglig brug. Imidlertid, der er stadig en mulighed for, at en ny beskadiget celle vil gøre enheden identisk med en anden, der adskiller sig fra netop den celle. RUDN Universitetets matematik beregnede også denne sandsynlighed, ved hjælp af en speciel formel. Det viste sig, at selvom en sådan mulighed ikke helt kan udelukkes, den er også uendelig lille:omkring fem milliontedele.

Ved at bruge alle disse data, eksperterne gennemførte med succes proceduren med gensidig identifikation mellem to enheder:de "genkendte" hinanden med succes.

Dermed, forskerne beviste både i praksis og matematisk, at beskadigede dele af flash-hukommelse kan bruges som en unik identifikator for kvadrillioner af mikroprocessorer, smartphones, og andre enheder. Dette tal er betydeligt højere end det nuværende antal enheder i verden.