🔬 НАНОЕЛЕКТРОННА ЛАБОРАТОРІЯ PUF – квантовий відбиток для кібербезпеки

⚛️ Лабораторна робота: «Фізичні основи інструментів наноелектроніки — елементи кібербезпеки»

🧬 Матриця нанотунельних переходів (8x8)

Чип: Alpha
🎨 Колір: червоний → високий тунельний струм (малий бар'єр), синій → низький струм
107
0.050
🔐 Відгук PUF (8 біт)   —
········
📌 Кожен біт формується порівнянням струму через нанотунельний перехід з I_ref. Квантові варіації бар'єру → унікальність.
⚙️ Стан: готовий

🧪 Наукове обґрунтування

Тунелювання електронів: I ∝ exp(-2κd). Навіть пікометрові відхилення товщини бар'єру змінюють струм експоненційно.

PUF (Physical Unclonable Function) — використовує випадкові технологічні варіації для генерування унікального цифрового відбитка.

📊 Поточний чип: Alpha
🎲 Міжчипова відстань Хеммінга: 0.00 / 8
🔁 Шум моделює теплові флуктуації

🔐 Кібербезпечний сценарій

  • Реєстрація: зберігаємо відгук для Challenge (без шуму).
  • Аутентифікація: пристрій надає відгук (з шумом). Збіг ≥6/8 біт → успіх.
  • Стійкість до клонування: через квантову невизначеність.
⚛️ Кожен перехід має ширину d ~ N(1.0 нм, σ=0.1 нм). I_ref = I₀·exp(-2·1.0).

📘 Лабораторний практикум: реєстрація студента та виконання завдань

📌 Завдання 1. Фізичний принцип PUF

Поясніть, чому технологічні варіації ширини тунельного бар'єру (на рівні десятих часток нанометра) призводять до унікальних апаратних відбитків. Як це використовується для кібербезпеки?

📌 Завдання 2. Вимірювання відгуку та унікальність

Встановіть Challenge = 107, шум = 0. Виміряйте відгук (кнопка "Виміряти відгук"). Запишіть 8-бітовий рядок для чипа Alpha. Потім змініть чип на Beta (без зміни Challenge) та запишіть його відгук. Обчисліть відстань Хеммінга (кількість різних бітів) між Alpha та Beta. Поясніть значення.

Alpha відгук: Beta відгук: Hamming:
📌 Завдання 3. Реєстрація та аутентифікація

Оберіть Challenge = 50, шум = 0. Натисніть "Зареєструвати еталон". Потім підвищте шум до 0.1, натисніть "Аутентифікувати за еталоном". Запишіть результат (успіх/невдача) та кількість збігів бітів. Зробіть висновок про вплив шуму.

Результат аутентифікації: Кількість збігів:
📌 Завдання 4. Дослідження міжчипової відстані Хеммінга

Натисніть кнопку "Порівняти Hamming між чипами" (при будь-якому Challenge). Запишіть отримані значення. Який середній відсоток унікальності? Чи можна передбачити відгук одного чипа, знаючи інший?

📌 Завдання 5. Самостійний експеримент

Виберіть довільний Challenge (не 107, не 50), виміряйте відгук для трьох чипів (Alpha, Beta, Gamma) при нульовому шумі. Порівняйте попарно відстані Хеммінга. Зробіть висновок про унікальність PUF.