Attack Resilient True Random Number Generators Using Ferroelectric‐Enhanced Stochasticity in 2D Transistor

随机数生成 计算机科学 NIST公司 铁电性 晶体管 物理不可克隆功能 加密 自相关 密码学 算法 材料科学 电压 数学 工程类 电气工程 光电子学 电介质 操作系统 统计 自然语言处理
作者
Yu‐Chieh Chien,Heng Xiang,Jianze Wang,Yufei Shi,Xuanyao Fong,Kah‐Wee Ang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (38) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202302842
摘要

By harnessing the physically unclonable properties, true random number generators (TRNGs) offer significant promises to alleviate security concerns by generating random bitstreams that are cryptographically secured. However, fundamental challenges remain as conventional hardware often requires complex circuitry design, showing a predictable pattern that is susceptible to machine learning attacks. Here, a low-power self-corrected TRNG is presented by exploiting the stochastic ferroelectric switching and charge trapping in molybdenum disulfide (MoS2 ) ferroelectric field-effect transistors (Fe-FET) based on hafnium oxide complex. The proposed TRNG exhibits enhanced stochastic variability with near-ideal entropy of ≈1.0, Hamming distance of ≈50%, independent autocorrelation function, and reliable endurance cycle against temperature variations. Furthermore, its unpredictable feature is systematically examined by machine learning attacks, namely the predictive regression model and the long-short-term-memory (LSTM) approach, where nondeterministic predictions can be concluded. Moreover, the generated cryptographic keys from the circuitry successfully pass the National Institute of Standards and Technology (NIST) 800-20 statistical test suite. The potential of integrating ferroelectric and 2D materials is highlighted for advanced data encryption, offering a novel alternative to generate truly random numbers.

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