Ученые из Университета Райса (США) совместно с Юго-Восточным университетом (Китай) предложили новый класс материалов, способных в тысячи раз ускорить генераторы случайных чисел, которые лежат в основе шифрования и защиты онлайн-транзакций. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Сегодня безопасность интернет-платежей и зашифрованных сообщений зависит от длинных строк совершенно непредсказуемых чисел. Их создают физические генераторы случайных чисел. Если числа генерируются слишком медленно или сигнал получается слабым, система может замедлиться или стать уязвимой для взлома. Именно эту проблему решают новые материалы.
Речь идет о материалах, названных аутферроиками. В них электрические и магнитные свойства взаимодействуют по принципу качелей: электрическое состояние влияет на магнитное. Это позволяет переключать магнитный элемент через промежуточный электрический этап, а не напрямую, снижая энергетический барьер почти на две трети и сохраняя силу сигнала.
Проблема обычных устройств безопасности в том, что случайные числа в них создаются за счет тепловых колебаний в магнитных переключателях. Эти переключения слишком медленны, а попытки ускорить их ослабляют сигнал и ведут к ошибкам считывания.
Моделирование показало, что снижение барьера повышает скорость переключения с менее чем 100 раз в секунду до более 400 тыс. раз в секунду. Это дает более миллиона случайных битов, то есть нулей и единиц, каждую секунду. Постоянное электрическое поле ускоряет процесс еще сильнее, не нарушая баланс: нулей и единиц получается поровну, поэтому случайность остается без смещения.
Материал также может находиться в четырех одинаково стабильных состояниях вместо стандартных двух, то есть нуля и единицы. Это позволяет одному компоненту выполнять работу нескольких транзисторов. Пока выводы основаны на компьютерных моделях двумерного материала — селенида титана-германия. Структурные несовершенства реальных устройств могут немного замедлить переключение. Тем не менее исследование дает инженерам основу для создания нового поколения чипов шифрования и энергоэффективных вычислений.
Ранее мы рассказывали о том, что найден новый способ уменьшить чипы для ИИ.