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计算机科学 > 密码学与安全

arXiv:2507.14213 (cs)
[提交于 2025年7月15日 ]

标题: 磁电离子硬件安全原语:在材料层面嵌入数据保护

标题: Magneto-Ionic Hardware Security Primitives: Embedding Data Protection at the Material Level

Authors:Irena Spasojevic, Federica Celegato, Alessandro Magni, Paola Tiberto, Jordi Sort
摘要: 大数据革命提高了对强大、节能的安全硬件的需求,这些硬件能够抵御日益复杂的网络威胁。 传统的加密方案依赖于复杂的算法,资源消耗大且仍然存在漏洞。 为了保护敏感信息,社会需要创新的防黑客和防伪技术,这些技术利用新材料和设计。 在此,我们提出了一种基于预定义初始顺磁性FeCoN点内完全选择性电压控制N3-离子迁移的磁电策略,用于硬件级安全。 该过程生成可调厚度的铁磁亚层,导致确定性(单域或涡旋)或概率状态(共存磁配置和电压可调概率),每种状态表现出随机取向和手性,从而为磁指纹提供了一个丰富的平台。 这种方法实现了自保护原语,包括真随机数生成器、物理不可克隆函数和内存中概率推理。 由此产生的可重构架构结合了抗篡改性、低能耗和可扩展性,标志着向基于新兴磁现象的下一代硬件安全的重要飞跃。
摘要: The Big Data revolution has heightened the demand for robust, energy-efficient security hardware capable of withstanding increasingly sophisticated cyber threats. Conventional encryption schemes, reliant on complex algorithms, are resource-intensive and remain vulnerable. To fortify sensitive information, society needs innovative anti-hacking and anti-counterfeiting technologies that exploit new materials and designs. Here, we present a magneto-ionic strategy for hardware-level security based on fully selective voltage-controlled N3- ion migration within pre-defined, initially paramagnetic FeCoN dots. This process generates ferromagnetic sublayers of tuneable thickness, resulting in either deterministic (single-domain or vortex) or probabilistic states (with coexisting magnetic configurations and voltage-adjustable probabilities), each exhibiting stochastic orientation and chirality, thereby providing a rich platform for magnetic fingerprinting. This approach enables self-protected primitives, including true random number generators, physical unclonable functions, and in-memory probabilistic inference. The resulting reconfigurable architecture combines tamper resistance, low energy consumption, and scalability, marking a significant leap toward next-generation hardware security rooted in emergent magnetic phenomena.
主题: 密码学与安全 (cs.CR) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2507.14213 [cs.CR]
  (或者 arXiv:2507.14213v1 [cs.CR] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.14213
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Jordi Sort [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 15 日 15:36:07 UTC (40,603 KB)
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