基于量子效应的唯一标识符制造技术

提供了一种用于确定设备的唯一标识符的方法，该设备包括该设备独有的量子隧穿势垒。该方法包括在量子隧穿势垒两端施加电势差，该电势差足以使电荷载流子能够隧穿量子隧穿势垒。该方法还包括测量电信号，该电信号代表穿过量子隧穿势垒的隧穿电流，该隧穿电流是量子隧穿势垒的特性。该方法还包括根据所测量的电信号来确定设备的唯一标识符。本文还提供了相关的装置、系统、计算机可读介质和方法。

Unique identifier based on quantum effect

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于量子效应的唯一标识符
本专利技术总体上涉及设备的唯一标识符(uniqueidentifier)的确定或生成。具体地，本公开涉及通过利用量子隧穿效应来确定或生成设备的唯一标识符。背景网络(诸如互联网)改变了执行日常工作的方式，这对信息安全具有重大影响。许多日常工作需要数字设备进行安全地验证并且由另一方验证和/或安全地处理私有信息。在验证器(authenticator)物理上可以获得标识符的世界中，这是一个微不足道的问题——例如，银行出纳员可以通过检查客户的护照或其他识别文件(identifyingfile)来验证银行分行中的银行客户。然而，如果不能立即获得客户的识别文件(例如当客户获得在线银行服务时)，情况就复杂得多。银行必须确保正确的客户能够获得正确的资源和信息。但是，银行如何才能确保通过网络到客户的通信链路是安全的，以防止窃听或篡改数据，以及客户如何确定他或她连接到了他们的银行服务而不是冒名顶替者？有许多加密应用可以用来解决这些问题，例如数字签名或其他私密加密密钥(secretcryptographickey)。为了提供安全的存储器或验证源，一种常见的方法是将加密密钥放在非易失性电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或电池支持的静态随机存取存储器(SRAM)中，并使用加密操作(诸如数字签名或加密)。然而，这种方法通常很耗时，并且在功耗方面成本很高。另外，非易失性存储器通常容易受到侵入式攻击，侵入式攻击可以获取密钥。如果第三方在例如银行事务中使用被盗的加密密钥，那么银行将无法立即知道该密钥正被第三方欺诈性地使用，因此会允许这种欺诈性事务继续进行。因此，希望能够唯一地识别与用户相关联的设备/装置，使得在没有该设备/装置的情况下，某些操作或事务无法进行。也就是说，希望能够“指纹化”设备。这种指纹或标识符必须很难被克隆，并且在很大程度上不受环境因素的影响，以便每当设备的身份受到查询时，都返回一个可靠且可信的答案。物理上不可克隆函数(也称为物理不可克隆函数或PUF)是一种加密原语，其用于验证和私密密钥存储，而不需要安全的EEPROM和其他昂贵的硬件。PUF不是将秘密存储在数字存储器中，而是从通常在制造过程中引入的设备的独有物理特性中得出秘密。在通常被认为是经典或宏观的物理学(诸如激光通过悬浮有微小二氧化硅微球(tinysilicaspheres)的硬化环氧树脂板的散射，或者在一些电路中门延迟的制造可变性)的基础上提供已知的PUF。然而，随着技术的进步，需要越来越小的设备，基于这种设计的PUF很难按比例缩小。本专利技术的实施例的目的在于至少部分地缓解现有技术的一个或更多个问题。概述根据本专利技术的一个方面，提供了用于确定设备的唯一标识符的方法。该设备包括该设备独有的量子隧穿势垒(quantumtunnellingbarrier)。该方法包括在量子隧穿势垒两端施加电势差，该电势差足以使电荷载流子(chargecarrier)能够隧穿量子隧穿势垒。该方法还包括测量电信号，该电信号代表穿过量子隧穿势垒的隧穿电流，该隧穿电流是量子隧穿势垒的特性。该方法还包括根据所测量的电信号来确定设备的唯一标识符。确定唯一标识符可以包括生成唯一标识符。例如，验证器可以生成设备的唯一标识符，以供存储。确定唯一标识符可以包括验证唯一标识符。例如，验证器可以确定设备的唯一标识符，以便核实(verify)该设备。如本文描述的用于确定设备的唯一标识符的方法有利地使得安全问题(诸如核实)能够得到解决，即使设备被缩小到纳米级。与直觉相反，通常被视为系统或组件中的损耗或噪声的来源的量子隧穿效应却被用来使设备得以识别的有利效果。此外，本文描述的方法和设备在很大程度上不受环境效应(诸如温度变化)的影响，因此可以可靠地用于识别设备。另外，量子隧穿势垒的纳米级、分子级或原子级结构很难被篡改，因此使用量子隧穿电流来得出设备的唯一标识符允许可靠的设备验证。相比之下，其他(传统的)PUF(诸如SRAM-PUF)可以通过在SRAM-PUF的单元上照射光而被篡改。该设备可以包括单个/仅一个/少于两个量子隧穿势垒。也就是说，电势差可以仅施加在单个量子隧穿势垒两端，以得出唯一标识符。可以根据穿过设备的量子隧穿势垒的隧穿电流得出设备的唯一标识符，在该设备中没有量子限制(quantumconfinement)。设想了其他实施例，如将在下面进一步详细解释的，其中设备包括多个量子隧穿势垒，然而这些设备中的唯一标识符也不依赖于这些设备中的量子限制的特性。量子隧穿势垒可以具有小于或等于五纳米的平均厚度。该方法还可以包括提供在通信协议或数据事务中使用的唯一标识符。唯一标识符可以用于对通信协议或数据事务的方面进行加密或保护或验证。该方法可以包括提供唯一标识符作为物理对象或数字对象的数字标识符。该方法可以包括在通信协议或数据事务中使用唯一标识符和/或使用唯一标识符作为物理对象或数字对象的数字标识符。设备的量子隧穿势垒可以是物理上不可克隆的。由所测量的电信号揭示的量子隧穿势垒的特性可以源于由相同半导体制造工艺生产的表面上相同的设备之间的设备间可变性(device-to-devicevariability)产生的设备的一个或更多个独特的纳米级属性。在设备与设备之间可变的独特的纳米级属性可能超出了用于生产设备的半导体制造工艺的控制。可以执行电信号的测量，以便足以揭示量子隧穿势垒的特性，该量子隧穿势垒的特性源于由相同半导体制造工艺生产的表面上相同的设备之间的设备间可变性产生的设备的一个或更多个独特的纳米级属性。该方法还可以包括在表面上相同的设备的第二量子隧穿势垒两端施加相同的电势差，并测量代表穿过第二量子隧穿势垒的第二隧穿电流的电信号，其中，代表穿过表面上相同的第一设备和第二设备的量子隧穿势垒的隧穿电流的电信号是不同的。该方法还可以包括确定表面上相同的第二设备的第二唯一标识符。该方法还可以包括存储唯一标识符。该方法还可以包括将该设备的唯一标识符与包含该设备的唯一标识符和其他设备的唯一标识符的数据库进行比较。其他设备中的每一个包括该其他设备独有的量子隧穿势垒。该方法还可以包括，在施加电势差之前，从第三方接收挑战(challenge)。来自第三方的挑战可以采取任何合适的形式(例如命令信号或指令)，其可以与所施加的电势差的强度相关。所施加的电势差的强度本身可以被认为是挑战。该设备可以包括物理上不可克隆函数或者形成物理上不可克隆函数的一部分，并且该唯一标识符可以是物理上不可克隆函数的唯一标识符，或者可以用于建立物理上不可克隆函数的唯一标识符。该方法还可以包括响应于该挑战，将该唯一标识符传送给第三方。确定设备的唯一标识符可以包括确定隧穿电流的平均值。测量电信号可以包括多次测量电信号，并且确定设备的唯一标识符可以包括根据电信号的多次测量结果来对电流频谱进行插值。测量电信号可以包括测量隧穿电流。测量电信号可以包括测量设备的漏电流。测量电信号可以包括测量电阻。电荷载流子可以是电子。电荷载流子可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定设备的唯一标识符的方法，所述设备包括所述设备独有的量子隧穿势垒，所述方法包括：/n在所述量子隧穿势垒两端施加电势差，所述电势差足以使电荷载流子能够隧穿所述量子隧穿势垒；/n测量电信号，所述电信号代表穿过所述量子隧穿势垒的隧穿电流，所述隧穿电流是所述量子隧穿势垒的特性；和/n根据所测量的电信号，确定所述设备的唯一标识符。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171017 GB 1717056.41.一种用于确定设备的唯一标识符的方法，所述设备包括所述设备独有的量子隧穿势垒，所述方法包括：
在所述量子隧穿势垒两端施加电势差，所述电势差足以使电荷载流子能够隧穿所述量子隧穿势垒；
测量电信号，所述电信号代表穿过所述量子隧穿势垒的隧穿电流，所述隧穿电流是所述量子隧穿势垒的特性；和
根据所测量的电信号，确定所述设备的唯一标识符。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设备包括单个量子隧穿势垒。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述量子隧穿势垒具有小于或等于五纳米的平均厚度。


4.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括提供所述唯一标识符用于通信协议或数据事务，可选地用于对所述通信协议或数据事务的方面进行加密或验证，和/或提供所述唯一标识符作为物理对象或数字对象的数字标识符。


5.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括在通信协议或数据事务中使用所述唯一标识符和/或使用所述唯一标识符作为物理对象或数字对象的数字标识符。


6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述设备的量子隧穿势垒是物理上不可克隆的。


7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，由所测量的电信号揭示的所述量子隧穿势垒的特性源于由相同半导体制造工艺生产的表面上相同的设备之间的设备间可变性产生的所述设备的一个或更多个独特的纳米级属性。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，在设备与设备之间可变的独特的纳米级属性超出了用于生产所述设备的半导体制造工艺的控制。


9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，执行所述电信号的测量，以便足以揭示所述量子隧穿势垒的特性，所述量子隧穿势垒的特性源于由所述相同半导体制造工艺生产的表面上相同的设备之间的设备间可变性产生的所述设备的一个或更多个独特的纳米级属性。


10.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括在表面上相同的第二设备的量子隧穿势垒两端施加相同的电势差，并测量代表穿过所述第二量子隧穿势垒的第二隧穿电流的电信号，其中，代表穿过表面上相同的第一设备和表面上相同的第二设备的量子隧穿势垒的隧穿电流的电信号是不同的。


11.根据权利要求10所述的方法，还包括确定所述表面上相同的第二设备的第二唯一标识符。


12.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括存储所述唯一标识符。


13.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括将所述设备的唯一标识符与包含所述设备的唯一标识符和其他设备的唯一标识符的数据库进行比较，其中，所述其他设备中的每一个包括该其他设备独有的量子隧穿势垒。


14.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：在施加所述电势差之前，从第三方接收挑战。


15.根据权利要求14所述的方法，还包括：响应于所述挑战，将所述唯一标识符传送给所述第三方。


16.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述设备包括物理上不可克隆函数，并且其中，所述唯一标识符是所述物理上不可克隆函数的唯一标识符。


17.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，确定所述设备的唯一标识符包括确定所述隧穿电流的平均值。


18.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，测量电信号包括多次测量电信号，并且其中，确定所述设备的唯一标识符包括根据所述电信号的多次测量结果来对电流频谱进行插值。


19.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，测量电信号包括测量所述隧穿电流。


20.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，测量电信号包括测量漏电流。


21.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，测量电信号包括测量电阻。


22.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述电荷载流子是电子。


23.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中，所述电荷载流子是准粒子。


24.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有指令，当所述指令由处理器执行时，使所述处理器通过执行根据任一前述权利要求的方法来确定设备的唯一标识符。


25.根据权利要求24所述的计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质是非暂态计算机可读介质。


26.一种设备，包括：
第一端子和第二端子；
所述设备独有的量子隧穿势垒，所述量子隧穿势垒位于所述第一端子和所述第二端子之间；和
处理器，所述处理器被配置成：
在所述第一端子和所述第二端子之间并在所述量子隧穿势垒两端施加电势差，所述电势差足以使电荷载流子能够隧穿所述量子隧穿势垒；
测量电信号，所述电信号代表穿过所述量子隧穿势垒的隧穿电流，所述隧穿电流是所述量子隧穿势垒的特性；和
根据所测量的电信号，确定所述设备的唯一标识符。


27.根据权利要求26所述的设备，其中，所述设备包括互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片。


28.根据权利要求26或权利要求27所述的设备，其中，所述设备包括单个独有的量子隧穿势垒。


29.根据权利要求26至28中任一项所述的设备，其中，所述量子隧穿势垒具有小于或等于五纳米的平均厚度。


30.根据权利要求26至29中任一项所述的设备，其中，所述设备的量子隧穿势垒是物理上不可克隆的。


31.根据权利要求26至30中任一项所述的设备，其中，在使用中由所测量的电信号揭示的所述量子隧穿势垒的特性源于由相同半导体制造工艺生产的表面上相同的设备之间的设备间可变性产生的所述设备的一个或更多个独特的纳米级属性。


32.根据权利要求31所述的设备，其中，在设备与设备之间可变的独特的纳米级属性超出了用于生产所述设备的半导体制造工艺的控制。


33.根据权利要求26至32中任一项所述的设备，其中，所述处理器被配置成使得电信号的测量被执行，以便足以揭示所述量子隧穿势垒的特性，所述量子隧穿势垒的特性源于由所述相同半导体制造工艺生产的表面上相同的设备之间的设备间可变性产生的所述设备的一个或更多个独特的纳米级属性。


34.根据权利要求26至33中任一项所述的设备，其中，所述设备还包括在所述第一端子和所述第二端子之间的掺杂半导体沟道，并且其中，所述隧穿电流取决于所述掺杂半导体沟道内的随机掺杂剂分布。


35.根据权利要求26至34中任一项所述的设备，其中，所述隧穿电流取决于所述量子隧穿势垒的原子级氧化物厚度变化(OTV)。


36.根据权利要求26至35中任一项所述的设备，其中，所述隧穿电流取决于所述量子隧穿势垒的边缘粗糙度(LER)。


37.根据权利要求26至36中任一项所述的设备，其中，所述处理器还被配置成在施加所述电势差之前，从第三方接收挑战。


38.根据权利要求37所述的设备，其中，所述处理器还被配置成响应于所述挑战，将所述唯一标识符传送给所述第三方。


39.根据权利要求26至38中任一项所述的设备，其中，所述设备包括物理上不可克隆函数，并且其中，所述唯一标识符是所述物理上不可克隆函数的唯一标识符。


40.根据权利要求26至39中任一项所述的设备，其中，所述电荷载流子是电子。


41.根据权利要求26至39中任一项所述的设备，其中，所述电荷载流子是准粒子。


42.根据权利要求26至41中任一项所述的设备，其中，所述设备还包括用于施加所述电势差的电源。


43.一种晶圆，包括根据权利要求26至41中任一项的多个设备，其中，所述多个设备中的每个设备包括该设备独有的量子隧穿势垒。


44.根据权利要求26至43中任一项的两个设备，所述设备表面上相同，由相同半导体制造工艺生产，其中，当在使用中在所述设备的量子隧穿势垒两端施加相同的电势差时，所述设备的处理器测量代表穿过所述量子隧穿势垒的相应隧穿电流的不同的相应电信号。


45.根据权利要求44所述的两个设备，其中，所述设备的处理器在使用中根据所测量的电信号来确定表面上相同的设备的不同的相应唯一标识符。


46.根据权利要求44或45所述的两个设备，所述两个设备设置在单个集成电路组件上。


47.一种根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙赫拉姆·莫斯比，帕特里克·卡米莱里，亨利·爱德华·威廉·蒙塔古，
申请(专利权)人：量子加密有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB