Gerador de Números Aleatórios em Nanoescala

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Mantendo-o aleatório
Usando filmes 2D atomicamente pequenos, os pesquisadores desenvolveram um gerador de números
aleatórios em nanoescala com estabilidade aprimorada a longo prazo e consumo de energia reduzido.
- 2021 KAUST; Anastasia Serin
A geração de números aleatórios é uma função subjacente crítica de transmissão segura de dados,
usada para criptografar e proteger dados e gerar senhas únicas. Para gerar um número aleatório, um
circuito detecta o ruído aleatório produzido por um componente físico, como o ruído térmico de diodos ou
resistores. No entanto, o consumo de energia desses elementos pode ser significativo em aplicações de
baixa potência altamente integradas, e o grau de aleatoriedade pode se degradar ao longo do tempo
devido a uma mudança nas características físicas e eletrônicas do dispositivo.
“Os memorizadores são nanocélulas meta/soladores/metais baseadas em materiais bidimensionais que
têm velocidade de operação rápida, baixo consumo de energia e muito longa resistência e tempo de
retenção de dados, além de serem muito fáceis e baratos de fabricar”, diz Lanza. “Por esta razão, os
memristores estão sendo intensamente explorados para aplicações como memórias eletrônicas de alta
densidade. Eles também são particularmente úteis para sistemas de criptografia porque podem produzir
sinais eletrônicos flutuantes com um grau extraordinariamente alto de aleatoriedade.
Memristors, abreviação de “resistentes de memória”, são pequenos componentes eletrônicos passivos
que têm uma resistência que pode ser alternada entre dois estados aplicando estresse elétrico. No
entanto, eles também produzem um tipo de ruído elétrico chamado ruído telegráfico aleatório (RTN), às
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vezes chamado de ruído de pipoca para o som que faria se conectado a um alto-falante, o que acaba
sendo perfeito para geração de números aleatórios. O desafio para a equipe de Lanza era projetar e
fabricar um dispositivo de memristor que tenha uma RTN estável ao longo do tempo.
Mario Lanza, que se juntou à KAUST em 2020, viu uma oportunidade para dispositivos em nanoescala
chamados memristors serem usados como geradores de números aleatórios verdadeiros (TRNGs) mais
confiáveis.
“O principal desafio foi que a estrutura atômica do filme magro resistivo se degrada ao longo do tempo, o
que faz com que o sinal RTN desapareça”, diz Lanza. “Em nossos dispositivos, usamos nitreto
hexagonal multicamada bidimensional de boro, que é um material bidimensional que tem uma estrutura
atômica muito estável e é imune a esse efeito”.
A equipe fabricou centenas de dispositivos usando métodos compatíveis com a indústria e os
caracterizou usando uma série de técnicas, incluindo um teste de aleatoriedade envolvendo a geração
de senhas únicas.
“Um aspecto fundamental do nosso trabalho foi o uso de processos de fabricação compatíveis com a
indústria, o que facilita a integração em produtos comerciais”, diz Lanza. “Também apresentamos
informações sobre rendimento e variabilidade para centenas de dispositivos; foi um esforço tremendo,
mas dá mais confiabilidade ao nosso estudo.”
Referência: Chao Wen, et al., Criptografia de Dados Avançados usando Materiais 2D, Materiais
Avançados (2021). DOI: 10.1002/adma.202100185
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202100185