普渡大學(xué)的工程師展示了一種通過(guò)用稱(chēng)為黑磷（black phosphorus）的片狀材料制成晶體管來(lái)掩飾晶體管的方法。這種內(nèi)置的安全措施將防止黑客獲得有關(guān)電路的相關(guān)信息以對(duì)其進(jìn)行反向工程。

反向工程芯片是一種常見(jiàn)的做法-對(duì)于黑客和調(diào)查知識(shí)產(chǎn)權(quán)侵權(quán)的公司而言都是如此。研究人員還正在開(kāi)發(fā)X射線(xiàn)成像技術(shù)，該技術(shù)實(shí)際上不需要觸摸芯片即可對(duì)其進(jìn)行反向工程。

普渡大學(xué)研究人員展示的方法將在更基本的層面上提高安全性。芯片制造商如何選擇使該晶體管設(shè)計(jì)與其工藝兼容，將決定這種安全級(jí)別的可用性。

如何欺騙黑客？

芯片使用數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)施加電壓時(shí)，兩種不同類(lèi)型的晶體管（N型和P型）執(zhí)行計(jì)算。復(fù)制芯片將從識(shí)別這些晶體管開(kāi)始。

“這兩種晶體管類(lèi)型是關(guān)鍵，因?yàn)樗鼈冊(cè)陔娐分凶霾煌氖虑?。它們是所有芯片上發(fā)生的一切事情的核心?！逼斩纱髮W(xué)的Barry M.和Patricia L. Epstein電氣與計(jì)算機(jī)工程教授Joerg Appenzeller說(shuō)。

“但是，由于它們截然不同，因此正確的工具可以清楚地識(shí)別它們-允許反向研究，找出每個(gè)電路組件的功能，然后復(fù)制芯片?！?/p>

如果這兩種晶體管類(lèi)型在檢查時(shí)看起來(lái)完全相同，則黑客將無(wú)法通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行反向工程來(lái)復(fù)制芯片。

Appenzeller的團(tuán)隊(duì)在他們的研究中表明，通過(guò)用黑磷等材料制造晶體管來(lái)偽裝晶體管使得無(wú)法知道晶體管的具體信息。當(dāng)電壓觸發(fā)晶體管的類(lèi)型時(shí)，對(duì)黑客來(lái)說(shuō)，它們看起來(lái)完全一樣。

在晶體管中構(gòu)建安全密鑰

雖然偽裝已經(jīng)是芯片制造商使用的一種安全措施，但通常是在電路級(jí)完成的，并且不會(huì)試圖掩蓋單個(gè)晶體管的功能-使得芯片可能容易受到使用正確工具進(jìn)行反向工程的攻擊。

Appenzeller團(tuán)隊(duì)演示的偽裝方法是在晶體管中構(gòu)建安全密鑰。

“我們的方法將使N和P型晶體管在基本水平上看起來(lái)相同。你不能真正區(qū)分它們”，吳鵬說(shuō)，他是一名電氣和計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)博士生，他在普渡大學(xué)發(fā)現(xiàn)園的伯克納米技術(shù)中心用黑磷基晶體管制造并測(cè)試了原型芯片。

芯片生產(chǎn)后，甚至芯片制造商都無(wú)法提取此密鑰。

Appenzeller說(shuō)：“您可以竊取芯片，但沒(méi)有鑰匙。”

當(dāng)前的偽裝技術(shù)總是需要更多的晶體管，以隱藏電路中發(fā)生的事情。研究人員說(shuō)，但是使用像黑磷這樣的材料隱藏起來(lái)的晶體管類(lèi)型（一種像原子一樣薄的材料）需要更少的晶體管，占用更少的空間和功率，而且可以更好地掩蓋偽裝。

掩蓋晶體管類(lèi)型以保護(hù)芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)的想法最初是由圣母大學(xué)教授Sharon Hu和她的合作者提出的一種理論。

是什么讓N和P型晶體管脫穎而出？

通常，讓N型和P型晶體管消失的原因是它們?nèi)绾纬休d電流。N型晶體管通過(guò)傳輸電子來(lái)承載電流，而P型晶體管使用不存在電子的空穴（稱(chēng)為空穴）。

Appenzeller的團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，黑磷是如此之細(xì)，以至于它可以在相似的電流水平下實(shí)現(xiàn)電子和空穴的傳輸，這使得兩種類(lèi)型的晶體管在本質(zhì)上看起來(lái)都與Hu的提議相同。

然后，Appenzeller的團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了黑磷基晶體管的偽裝能力。這些晶體管還因其較小的電子傳輸死區(qū)（稱(chēng)為小“帶隙”）而在室溫下以計(jì)算機(jī)芯片的低電壓工作。

但是，盡管黑磷具有很多優(yōu)勢(shì)，但芯片制造業(yè)更可能會(huì)使用其他材料來(lái)實(shí)現(xiàn)這種偽裝效果。

業(yè)界開(kāi)始考慮使用超薄的2D材料，因?yàn)樗鼈儗⒃试S更多的晶體管安裝在芯片上，從而使其功能更強(qiáng)大。黑磷的揮發(fā)性太強(qiáng)，無(wú)法與當(dāng)前的處理技術(shù)兼容，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明2D材料的工作方式是朝著確定如何實(shí)施此安全措施邁出的一步?！?Appenzeller說(shuō)。

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