Experts in toegepaste wiskunde aan de RUDN University hebben experimenteel bewezen dat het mogelijk is om elektronische apparaten nauwkeurig te identificeren aan de hand van defecten in flash-geheugencellen. Het blijkt dat de verspreiding en aard van deze defecten uniek zijn, en ze kunnen de rol spelen van "vingerafdrukken" voor geheugenchips. De nieuwe methode verbetert de bescherming tegen aanvallen van hackers, omdat het elektronische flitssleutels zou creëren die niet kunnen worden vervalst. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift IEEE-toegang .

Als informatie- en communicatieapparatuur — smartphones, fitness armbanden, wifi-apparatuur, geheugenapparaten — verspreiden zich over de hele wereld, de kwestie van bescherming tegen diefstal en manipulatie wordt steeds relevanter. Er is een manier nodig om elk apparaat nauwkeurig te identificeren. Bestaande identificatiemethoden kunnen worden onderverdeeld in twee typen:virtueel en fysiek. Virtuele methoden worden toegepast op de software (firmware) van een apparaat. Het zou kunnen, bijvoorbeeld, een uniek nummer dat "hard geschreven" in het apparaat is. Het probleem is dat alle software kan worden gehackt en gegevens kunnen worden gewijzigd. Fysieke methoden hebben te maken met hardware. Deze omvatten de identificatie van een apparaat door unieke fluctuaties van zijn radiofrequentie. Echter, radiosignalen zijn onderhevig aan interferentie.

Een van de nieuwe methoden voor fysieke identificatie is gebaseerd op beschadigde flash-geheugencellen. Door microscopisch kleine fabricagefouten, beschadigde cellen verschijnen willekeurig in de geheugenblokken van een apparaat. Het patroon van deze microdefecten is uniek, en dat betekent dat het ene apparaat erdoor van het andere kan worden onderscheiden. Eerder, echter, het is niet mogelijk geweest om de effectiviteit van deze methode numeriek te bewijzen, daarom hebben de experts van de RUDN University zich ertoe verbonden om de effectiviteit van deze technologie te verifiëren.

Daarom, ze gebruikten flash-geheugenchips van configuratie NOR, die worden gebruikt in microcontrollers en microchips voor computers. NOR-flashgeheugen is een tweedimensionale reeks geheugencellen op laag niveau die zich op de matrix van de geleider bevinden. Elk van de cellen slaat één tot vier bits informatie op. Om informatie in een cel op te nemen of te wissen, u moet de lading wijzigen. Tijdens het opnameproces wordt de cel verandert de begintoestand van het bit (meestal "1") in het tegenovergestelde ("0"). Maar na elke schrijfcyclus, onomkeerbare veranderingen stapelen zich op in de cel, en op een gegeven moment stopt het met werken, dat is, het verandert niet langer van status als er wordt geprobeerd te schrijven. Zo'n cel wordt als beschadigd beschouwd, en het proces van het verschijnen van beschadigde cellen wordt degradatie van geheugenchips genoemd.

Het proces van de "dood" van geheugencellen is volledig willekeurig, dus het beeld van de verdeling van niet-functionele cellen binnen een bepaalde geheugensector zal voor elk apparaat uniek zijn. Indien, voordat de gadget wordt verkocht, dit patroon wordt toegevoegd aan een database, bijv. onderhouden door de fabrikant, het zou mogelijk worden om het apparaat ondubbelzinnig te identificeren aan de hand van dit beschadigde cellenpatroon. De fabrikant zou een specifieke geheugensector kunnen controleren, vergelijk het met de database en blokkeer een gestolen smartphone of neem andere maatregelen.

De onderzoekers van RUDN University besloten in de praktijk te bewijzen dat het patroon van de beschadigde cellen voor elke geheugenchip uniek is. Ze hebben 120 NOR-flashgeheugenchips aangesloten op een aangepast testbed met behulp van een Raspberry Pi-computer. Een van de 512 sectoren op elke chip werd met geweld gecorrumpeerd door er 350 te herschrijven, 000 keer. Als resultaat, een kaart van beschadigde cellen van de eerste geheugensector van elke chip werd verkregen. Het aantal niet-functionele cellen in de sector voor de meeste geteste chips varieerde van 30 tot 100.

Daarna, de onderzoekers vergeleken alle kaarten van de "slechte" cellen en geen van die kwam overeen met een andere. Ze hebben de gegevens ook geëxtrapoleerd naar een zeer groot aantal - vierduizenden - apparaten. Statistische berekeningen toonden aan dat de kans op twee identieke kaarten van beschadigde cellen oneindig klein is.

Natuurlijk, nieuwe ongeplande beschadigde cellen kunnen verschijnen terwijl een chip in gebruik is. Maar een experiment toonde aan dat de kaart bijna niet verandert gedurende de levensduur van het apparaat:het gemiddelde aantal schrijfcycli voordat een nieuwe "slechte" cel verschijnt, is 3940. Dit komt overeen met meer dan 10 jaar dagelijks gebruik. Echter, er blijft een mogelijkheid dat een nieuwe beschadigde cel het apparaat identiek maakt aan een andere die net die cel verschilt. RUDN University wiskunde berekende ook deze kans, met behulp van een speciale formule. Het bleek dat hoewel een dergelijke mogelijkheid niet volledig kan worden uitgesloten, het is ook oneindig klein:ongeveer vijf miljoenste.

Met behulp van al deze gegevens, de experts hebben met succes de procedure van wederzijdse identificatie tussen twee apparaten uitgevoerd:ze hebben elkaar met succes "herkend".

Dus, de onderzoekers bewezen zowel in de praktijk als wiskundig dat beschadigde sectoren van flash-geheugen kunnen worden gebruikt als een unieke identificatie voor quadriljoenen microprocessors, smartphones, en andere apparaten. Dit cijfer is aanzienlijk hoger dan het huidige aantal apparaten in de wereld.