【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】5月27日，國際期刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)在線刊發(fā)了集成電路學(xué)院游龍教授團(tuán)隊(duì)關(guān)于自旋軌道力矩的硬件安全系統(tǒng)的最新研究成果“基于自旋軌道矩的密鑰生成系統(tǒng)：通過不可逆物理變化實(shí)現(xiàn)密鑰隱匿與攻擊探測(A Spin-Orbit Torque-Based Key Generation System with Key Concealment and Attack Detection Through Irreversible Physical Changes)”。研究提出一種基于自旋軌道力矩(SOT)器件的新型密鑰生成與保護(hù)方案，通過將靜態(tài)與動態(tài)熵源融合于同一物理架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)兼具密鑰生成、密鑰隱藏及攻擊檢測功能的統(tǒng)一硬件平臺。學(xué)院2021級博士生許炎為第一作者。游龍、湖北大學(xué)萬美琳教授和宋敏副教授為通訊作者。我校集成電路學(xué)院為論文第一完成單位。
 

　　密鑰的保密性是構(gòu)建可信安全系統(tǒng)的基石。然而，現(xiàn)有的硬件攻擊檢測技術(shù)通常依賴于對設(shè)備外部物理?xiàng)l件的監(jiān)控，或需要額外搭建外置防護(hù)組件。這些外部防御指標(biāo)容易被高級攻擊者偽造、操縱或規(guī)避。此外，傳統(tǒng)的非易失性存儲器在靜態(tài)存儲密鑰時，面臨著被物理微探針直接讀取或逆向工程解析的風(fēng)險(xiǎn)，給芯片的核心信息安全帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為解決上述問題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種融合真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(TRNG)和物理不可克隆函數(shù)(PUF)的密鑰生成系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Ta/CoFeB/MgO/Ta多層膜結(jié)構(gòu)的SOT霍爾器件作為核心單元。在統(tǒng)一的物理架構(gòu)內(nèi)，該器件一方面利用無外磁場下SOT驅(qū)動的隨機(jī)磁化翻轉(zhuǎn)行為作為動態(tài)熵源(TRNG)，另一方面利用制造工藝偏差導(dǎo)致的臨界翻轉(zhuǎn)電流差異作為靜態(tài)熵源(PUF)，從而實(shí)現(xiàn)按需生成真隨機(jī)數(shù)或設(shè)備唯一密鑰。
 

　　該系統(tǒng)的核心亮點(diǎn)在于引入一種全新的內(nèi)在抗物理提取與攻擊檢測機(jī)制。在空閑狀態(tài)下，SOT器件處于隨機(jī)磁化狀態(tài)，僅保留隨機(jī)數(shù)配置，不包含任何可被提取的有效密鑰信息，從而實(shí)現(xiàn)了密鑰的物理隱蔽。當(dāng)系統(tǒng)接收到合法指令需要提取密鑰時，必須施加特定的激勵信號，這一操作會驅(qū)動器件從隨機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定性狀態(tài)。由于隨機(jī)磁化狀態(tài)具有不可控和不可預(yù)測性，這一轉(zhuǎn)變過程在物理上是完全不可逆的，原有的隨機(jī)數(shù)配置將被徹底抹除。這意味著，任何企圖通過非授權(quán)手段非法訪問或探測密鑰的攻擊行為，都必然會留下永久、不可逆且可被檢測的物理痕跡。基于此特性，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)了比較電路，通過比對隨機(jī)數(shù)值的異動，一旦檢測到異常便會即時觸發(fā)警報(bào)，確保用戶能夠及時發(fā)現(xiàn)并撤銷相關(guān)密鑰，有效消除了密鑰被隱蔽提取的安全隱患。
 

　　綜上所述，研究團(tuán)隊(duì)基于SOT自旋電子器件搭建了集密鑰生成、隱藏與檢測于一體的硬件安全系統(tǒng)。系統(tǒng)利用了不可控的物理狀態(tài)變化，確立了密鑰讀取即留痕的底層防御機(jī)制。該項(xiàng)研究成果不僅降低了密鑰保護(hù)的硬件資源消耗，更為物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)、智能傳感器及便攜式硬件令牌等長期處于空閑狀態(tài)、易遭受物理攻擊的設(shè)備，提供了一種基于底層物理特性的、不可偽造的硬件安全新范式。
 

　　引用：集成電路學(xué)院游龍團(tuán)隊(duì)發(fā)布  關(guān)于自旋軌道力矩的硬件安全系統(tǒng)的最新研究成果 華中科技大學(xué)新聞網(wǎng)【引用時間：2026年6月3日】