Gwangju Institut für Wissenschaft und Technologie

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Bild: Das neue PUF nutzt die Lichtbeugung durch natürliche Mikrolöcher in einheimischer Seide, um einen sicheren und einzigartigen digitalen Schlüssel für zukünftige Sicherheitslösungen zu schaffen.
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Bildnachweis: Gwangju Institute of Science and Technology

Der globale Anstieg des Konsums bringt seine eigenen Probleme mit sich: Produktfälschungen und Cyberangriffe. Obwohl uns digitale Sicherheitssysteme helfen, viele dieser widrigen Situationen zu bekämpfen, treten jedes Jahr Hunderte von Sicherheitsverletzungen auf.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, einzigartige physische Komponenten zu verwenden, die nicht dupliziert oder „geklont“ werden können. Eine Physical Unclonable Function (PUF) ist eine physische Funktion, die sich mikroskopische Unterschiede in der Elektronik zunutze macht, um einzigartige Sicherheits-„Schlüssel“ zu erstellen. Wenn diese Schlüssel von einem elektronischen Gerät gelesen werden, helfen sie dabei, die Authentizität des Eintrags festzustellen oder zu widerlegen, wodurch der Zugang gewährt oder verweigert wird. Heute haben Forscher des Gwangju Institute of Science and Technology die erste natürliche PUF entwickelt. Unter Verwendung einheimischer Seidenfasern, die aus gewonnen werden Bombyx mori (domestizierte Seidenraupen) entwarf das Forschungsteam PUF-basierte Tags. Diese Beacons wurden dann verwendet, um ein linsenloses, optisches (lichtbasiertes) und tragbares (LOP-PUF) PUF-Modul zu entwerfen.

Wenn ein Lichtstrahl auf die ungeordneten Seidenfasern mit optimaler Dichte trifft, verursacht er eine Lichtbeugung. Die Nanostrukturen der einzelnen Mikrofasern verbessern den Lichtintensitätskontrast zum Hintergrund. Das gebeugte Licht wird dann von einem Bildsensor aufgenommen. Da das Mikrolochmuster natürlich hergestellt wird, ist es einzigartig, was zu einem einzigartigen Lichtmuster führtsagt Professor Young Min Song, Hauptautor und Professor am Gwangju Institute of Science and Technology.

Um die gewünschte Intensität und den gewünschten Kontrast zu erreichen, optimierten die Forscher experimentell den Abstand zwischen dem auf Seide basierenden PUF und dem Bildsensor. Die Baugruppe umfasste neben anderen Komponenten auch einen lichtreflektierenden Spiegel und drei dreifarbige LEDs. Durch eine Reihe von Eingriffen verarbeitete das Forschungsteam die erfassten Lichtmuster und wandelte sie in ein digitales Format (Ketten von 0 und 1) um.

Die Ergebnisse waren umwerfend: Die durchschnittliche Zeit, die zum „Fälschen“ der Authentifizierung benötigt wurde, betrug etwa 5*1041 Jahren, was das LOP-PUF-Modul zu einem praktisch manipulationssicheren Gerät macht. Darüber hinaus ermöglichte die neue Sicherheitsfunktion eine „digitale Verschlüsselung“ oder die Umwandlung von Informationen in einen Code, um unbefugten Zugriff zu verhindern.

„Das von uns entwickelte digitale Sicherheitsgerät ist kostengünstig, tragbar, umweltfreundlich und erfordert keine Vor- oder Nachbearbeitung. Es erfordert auch keine kohärente Lichtquelle oder ein sperriges Linsensystem. Die Vorteile dieses Systems sind vielfältig. sagte Professor Song.

Das Team optimierte sein LOP-PUF-Design, indem es einige Änderungen hinzufügte. Beispielsweise wurde ein Kühlgebläse hinzugefügt, um „thermisches Rauschen“ oder durch Temperaturschwankungen verursachte Störungen zu reduzieren.

Professor Song überlegt, „Unserem Wissen nach ist dies das erste PUF-Modul, das aus Seide entwickelt wurde, einem natürlich vorkommenden Biomaterial. Das bedeutet, dass wir keine Zeit in die Entwicklung komplizierter Sicherheitsschlüssel investieren müssen, das hat die Natur bereits für uns erledigt.

Seidenbasierte PUFs haben sich tatsächlich ihren Platz als wegweisende, nachhaltige und umweltfreundliche digitale Sicherheitslösung gesichert!

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Bezug

WERDE ICH: https://doi.org/10.1038/s41467-021-27278-5

Autor: Min Seok Kim1Gil Ju Lee1.2Jung Woo Leem3Seungho Choi4Der junge L. Kim3.5 & Young-Min-Lied1,6,7

Mitgliedschaften:

1School of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), Gwangju Institute of Science and Technology, 123, Cheomdangwagi-ro, Buk-gu, Gwangju 61005, Republik Korea.

2Department of Electronic Engineering, Pusan ​​​​National University, 2 Busandaehakro 63 beon-gil, Geumjeong-gu, Busan 46241, Republik Korea.

3Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN 47907, USA.

4Department of Biomedical Engineering, Yonsei University, Wonju 220-710, Republik Korea.

5Purdue Quantum Science and Engineering Institute, West Lafayette, IN 47907, USA.

6Antiviral Research Center, Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), 123, Cheomdangwagi-ro, Bukgu, Gwangju 61005, Republik Korea.

SiebenAI Graduate School, Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), 123, Cheomdangwagi-ro, Bukgu, Gwangju 61005, Republik Korea.

Über das Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)

Das Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) wurde 1993 von der koreanischen Regierung als forschungsorientierte Graduiertenschule gegründet, um durch die Entwicklung von Wissenschaft und fortschrittlichen Technologien mit Schwerpunkt auf der Zusammenarbeit mit der internationalen Gemeinschaft zu Koreas anhaltendem Wirtschaftswachstum und Wohlstand beizutragen. Seitdem hat GIST im Jahr 2010 den Weg für ein hoch angesehenes wissenschaftliches Grundstudium bereitet, das zu einem Modell für andere wissenschaftliche Universitäten in Korea geworden ist. Um mehr über GIST und seine spannenden Möglichkeiten für Forscher und Studenten zu erfahren, besuchen Sie bitte: http://www.gist.ac.kr/.

Über den Autor

Prof. Young Min Song ist derzeit Professor an der School of Electrical Engineering and Computer Science, Gwangju Institute of Science and Technology (GIST). Er promovierte. in Information and Communication vom GIST im Jahr 2011. Zwischen 2011 und 2013 war er Postdoktorand am Department of Materials Science and Engineering an der University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC). Seine Gruppe entwickelt fortschrittliche optoelektronische Sensoren/Systeme, multifunktionale Nanophotonik und optische Gesundheitssysteme. Im Laufe der Jahre hat er seine Bemühungen hauptsächlich auf die Entwicklung bioinspirierter Optik/Photonik konzentriert.