中国科学家研发出孪生物理不可克隆功能技术 可望催生最安全的信息防护技术

日前，北京大学碳基电子学研究中心、碳基集成电路研究院张志勇—彭练矛联合课题组成功制备出孪生物理不可克隆功能密钥。这代表着我国科学家有望基于这种技术在经典计算机领域研发出安全性最高的信息防护技术，其安全级别可与造价高昂的量子计算机相媲美，目前大面积使用的经典计算机若破解则需昼夜不停地计算几百年。使用该技术后，黑客极难通过网络盗取国家及个人的数据信息，数据安全性将得到指数级提升。

张志勇—彭练矛联合课题组首次提出了孪生物理不可克隆功能的概念并在化学气相沉积法生长的碳管阵列上制备成功，适用于加密通讯领域。目前该技术全球领先。7月4日，该研究成果以《基于碳纳米管阵列孪生物理不可克隆功能》（Twin physically unclonable functions based on aligned carbon nanotube arrays）为题，在线发表于《自然·电子学》。北京大学电子学院仲东来博士为第一作者，张志勇教授和彭练矛院士为共同通讯作者。

图一  基于碳纳米管阵列的孪生物理不可克隆功能

近年来，数字经济高速发展，数字信息已成为国家之间争夺的重要资源。数据安全越来越受到各部门的重视。孪生物理不可克隆功能技术为数字安全提供了一个可靠的方案。该技术可广泛应用于国防、航空、银行、医院等领域，筑牢数字安全的铜墙铁壁。不仅如此，个人的资产与信息也将会得到更好的保护，只要不透露密码，银行卡等被盗刷的可能性几乎为零。

孪生物理不可克隆功能是指同时制备出两个极度相似的物理不可克隆功能，就好像同卵双胞胎一样。由于碳纳米管的生长阵列一个方向是确定的、完全可控的，另一个方向是随机的、不可控的，所以制备完成后再不可能制作出其它一模一样的物理不可克隆功能。正所谓“龙生九子各有不同”，因此，它们在验证过程中只认彼此，从而杜绝了信息在传递过程中被篡改、盗刷的可能。而对于非孪生物理不可克隆功能，在加密通讯前需要把密钥存储在非易失性存储器，再分享给参与通讯的其他人，其安全性也因此降低了。

图二  孪生物理不可克隆功能优化和加密通讯应用

据仲东来介绍，当下，常见的信息安全防护方法是RSA加密和对称加密。这两种方法在防护性能上有短板，易受物理和侧信道攻击。尤其是使用量子计算机时可在短时间内破解。“近年来，量子计算机发展迅速，未来其性能得到进一步提升后原有的经典计算机的密钥便不再安全，国家与个人的信息安全会受到很大威胁。但如果使用孪生物理不可克隆功能技术，信息的安全性会得到保障，经典计算机破解需要几百年，就算是量子计算机破解起来难度也极高。”仲东来如是说。