近日，西安電子科技大學(xué)王宏教授，開發(fā)了一種基于聚酰亞胺的閾值轉(zhuǎn)換憶阻器，構(gòu)建了可用于傳感器數(shù)據(jù)的多合一壓縮和加密引擎。通過該器件的高斯電導(dǎo)模式，形成一次性采樣矩陣，提供了有效的信息保護(hù)，且壓縮和加密可同時(shí)進(jìn)行；由于矩陣的唯一性，密文不可穿透且可以抵御CPA，有望在物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域得到應(yīng)用。該研究成果發(fā)表在Small Science上。

研究背景

日常工作中，人們?cè)絹碓揭蕾囅嗷ミB接的傳感設(shè)備來管理大量的數(shù)字信息。黑客也通過利用物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的安全漏洞來控制現(xiàn)實(shí)世界的物體，數(shù)據(jù)的壓縮和加密已變得至關(guān)重要。由于單個(gè)傳感器的算力資源有限，傳統(tǒng)的單獨(dú)加密層方案成本太高。另外，傳統(tǒng)的壓縮傳感集成了壓縮和加密功能，但由于加-解密機(jī)制的固定，存在統(tǒng)計(jì)信息泄露、無法抵御CPA及明文大綱信息泄露的固有缺陷。

CS安全問題越來越被重視。CS是利用特定信號(hào)的結(jié)構(gòu)，通過隨機(jī)編碼過程在模擬和數(shù)字領(lǐng)域的物理界面上同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮和采集，允許以亞奈奎斯特速率進(jìn)行采集。一次性采樣技術(shù)、統(tǒng)計(jì)攻擊抵抗以及硬件集成等多種安全手段被大量研究。隨著傳感器性能的提升和數(shù)據(jù)吞吐量的增加，與之配套的集成壓縮和加密的硬件面臨著設(shè)計(jì)和成本上的巨大挑戰(zhàn)。

研究內(nèi)容

團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一種聚酰亞胺膜片，并利用其固有的振蕩特性來實(shí)現(xiàn)壓縮和加密的集成。通過濺射和旋涂工藝，制備了多層聚酰亞胺薄膜和鎢、銀、鉑、鈦結(jié)構(gòu)的柔性閾值轉(zhuǎn)換器件。然后利用原子力顯微鏡分析表面粗糙度，進(jìn)行熱重和電學(xué)性能測(cè)試。

結(jié)果表明，在設(shè)定電壓下，由于測(cè)量矩陣依賴于原始信號(hào)，缺乏隨機(jī)性，對(duì)稀疏圖像恢復(fù)成功率較低。在高斯電導(dǎo)中，器件將輸入電脈沖轉(zhuǎn)換為低阻態(tài)，當(dāng)其自發(fā)返回高阻態(tài)時(shí)，電導(dǎo)呈現(xiàn)高斯分布，由于隨機(jī)的電導(dǎo)矩陣滿足限制性等距條件規(guī)則，成功重建圖像，實(shí)現(xiàn)了壓縮傳感功能。60%的采樣率下，重建-解密信號(hào)的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到≈84%，僅比原始信號(hào)的準(zhǔn)確率低≈4%。材料可在高達(dá)500℃的條件下保持穩(wěn)定的柔性和機(jī)械韌性，可用于更惡劣的多種極端環(huán)境使用。

審核編輯 ：李倩