«كاوست» تطرح تقنية لتعزيز أمن الإلكترونيات

مكونات قائمة على مفاهيم «الإلكترونيات الدورانية» تقدم حماية إضافية

علماء «كاوست» يعكفون على تصميم قفل منطقي للدائرة المتكاملة

يمكن أن يبرز الجيل التالي من الأجهزة الإلكترونية أنظمة أمان مُدعّمة ومدمجة في دوائرها بشكل مباشر، مما يساعد في صدّ الهجمات الضارة. وفي هذا الصدد، أظهر باحثو «جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)» إمكانية دمج ما تسمى «الأقفال المنطقية الواقية»، التي تعتمد على فرع متقدم من الإلكترونيات يسمى «Spintronics»، أو ما يعرف بـ«إلكترونيات النقل الدوراني» أو «الإلكترونيات الدورانية»، في الدوائر المتكاملة للرقائق الإلكترونية لحماية أمن تلك الرقائق.
«الإلكترونيات الدورانية» هي تقنية ناشئة تستغل الدوران الداخلي للإلكترون والعزم المغناطيسي المرتبط به، بالإضافة إلى شحنته الإلكترونية الأساسية. ويقدم البروفسور يحيى مسعود، مدير «مختبرات التقنيات المبتكرة» في «جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)»، تعريفاً لها بقوله: «(الإلكترونيات الدورانية) مجال معنيّ بدراسة الكيفية التي يمكن خلالها استغلال إحدى الخواص الفيزيائية للإلكترونات؛ وهي الدوران، بالإضافة إلى شحنة الإلكترون».
يذكر أن الإلكترونات تدور حول الذرات، ولكنها تدور أيضاً حول نفسها. كما أن لديها القدرة على الانتقال من مجال دورانٍ إلى آخر، مما يمكِّننا من استغلال هذه الخاصية المميزة في صناعة الجيل التالي من محركات الأقراص الصلبة.
ويشير مسعود إلى أنّ «الحاجة إلى ميزات الأمان التي تعتمد على الأجهزة تعكس الطبيعة العالمية لتصنيع الإلكترونيات الحديثة».
فعادة ما تستخدم شركات الإلكترونيات مسابك خارجية كبيرة مختصة لإنتاج رقائقها، مما يساعد على الحد من التكاليف، ولكن الأمر في الوقت ذاته يتسبب في نقاط ضعف محتملة لسلسلة التوريد؛ إذ يمكن ببساطة نسخ تصميم الدائرة بشكل غير قانوني بواسطة مسبك غير موثوق به؛ لإنتاج رقائق مزيفة، أو يمكن تعديل التصميم بشكل ضار من خلال دمج «أحصنة طروادة للأجهزة» في الدوائر، وهو ما يؤثر بالسلب على سلوكها.
يقول ديفيندو ديفيند، الطالب في مرحلة الدكتوراه بمختبرات مسعود: «هناك طرق للأمان تُستخدم الآن على نطاق واسع، مثل (القفل المنطقي) المذكور آنفاً، وذلك بهدف تعزيز الثقة بسلسلة تصنيع الدوائر المتكاملة المعولمة».
ولذا؛ صمم الفريق قفلاً منطقياً للدائرة المتكاملة، يعتمد على مكون يسمى «تقاطع النفق المغناطيسي» لحماية أمن الرقاقة ضد أي هجمات ضارة.
و«تقاطعات الأنفاق المغناطيسية»، أو «MTJs»، هي أجهزة ذات بنية نانوية في مجال «الإلكترونيات المغناطيسية» أو «الإلكترونيات الدورانية»، وتُستخدم اليوم بشكل شائع في أجهزة استشعار المواقع والعديد من أجهزة الاستشعار في السيارات والصناعة وتطبيقات المستهلكين.
ولمزيد من التوضيح، يقول ديفيندو: «يعمل القفل المنطقي مثل القفل المركب، بحيث يجري تشويش عمل الدائرة إذا لم توفَّر إشارة مجموعة (المفتاح) الصحيحة للقفل. ومن ثَمّ تخزَّن مفاتيح القفل في ذاكرة محمية من العبث، وهو ما يضمن أمان الأجهزة ضد العديد من نماذج التهديد. وعندما يتلقّى تقاطع النفق المغناطيسي إشارة المفتاح الصحيح كمُدخَل؛ وقتها فقط يعطي مُخرَجاً صحيحاً يعمل على تشغيل الدائرة المحمية».
يذكر أن سلوك القفل المنطقي لتقاطع النفق المغناطيسي يعتمد على الإلكترونيات الدورانية.
علاوةً على ذلك؛ يشير مسعود إلى أن الأجهزة القائمة على الدوران تتمتع بالعديد من المزايا مقارنة بمكونات السيليكون التقليدية؛ بما في ذلك الجهد التشغيلي المنخفض وعدم استهلاك الطاقة في أثناء وضع الاستعداد.
ويضيف: «لقد زادت إمكانية استخدام هياكل الأجهزة المشتملة على إلكترونيات دورانية في تصميم الرقائق. كما أن وجود هذه الخصائص يجعل من هذه الأجهزة خياراً محتملاً لاستكشاف أمان الأجهزة الأخرى».
وقد تكون «الإلكترونيات الدورانية» مثالية لأداء مهمة القفل المنطقي، كما أظهر عمل الفريق.
أما عن الخطوة التالية لفريق العمل؛ فيقول مسعود: «تشمل خطواتنا التالية الكشف عن الأجهزة الأخرى التي تعتمد على الدوران، بهدف تطوير كتل القفل المنطقي، وذلك بالاستعانة بأحدث التقنيات الواردة في هذا المجال والمتوفرة في مرافق التصنيع في حرم (جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية - كاوست)».