近日，我院微电子工程系游龙团队在国际知名杂志纳米快报上发表论文 “基于界面磁各向异性的高安全性物理不可克隆加密原型器件及系统”(Highly Secure Physically Unclonable Cryptographic Primitives Based on Interfacial Magnetic Anisotropy. DOI:10.1021/acs.nanolett.8b03338)。我院16级硕士陈惠明，博士后郭喆，湖北大学宋敏老师为论文共同第一作者，游龙教授为论文通信作者。
图1（a）用于物理不可克隆加密的磁性异质结阵列,(b)物理不可克隆函数的激励相应对。
图2电子自旋物理不可克隆函数产生的密钥。
该论文研究了磁性材料中常用的Ta/CoFeB/MgO垂直异质结薄膜的磁各向异性与MgO厚度的关系，发现MgO厚度亚纳米级别的厚度变化就会引起该异质结磁性能的巨大变化，这种变化来源于退磁场与CoFeB/MgO界面各向异性场的竞争。利用氩离子刻蚀自身存在的不均匀性，上述异质结薄膜在同时刻蚀时各处的MgO厚度会发生随机变化。这种随机变化人为无法控制也无法复制，因此相当于成为该器件的磁性“指纹”。通过反常霍尔效应可以精确地探测这种随机变化，从利用该随机变化制备的物理不可克隆函数（PUF）器件阵列提取出的随机密钥具有高安全性和稳定性，在信息加密领域具有重要应用。
该研究的创新之处在于解决了传统硅基PUF容易被破解的问题，传统的硅基PUF由于利用晶体管的延时特性，其容易被机器学习且易破解。而先前人们提出的基于传统磁性随机存储器（MRAM）的PUF器件则通常需要加大电流或者外加磁场才能捕获器件的随机性。游龙团队提出的方案则无需大电流或外磁场写入，大大降低了器件的集成复杂度和功耗。另一方面，该自旋PUF不同于以往常用的数字PUF，其提取的模拟磁电阻值通过比较算法可以产生比传统的二进制数字PUF大得多的密钥长度，大大地提高了器件安全性。
该研究得到国家自然基金委面上项目和创新群体项目（61674062、61821003）以及中央高校基本研究专项资金（HUST:2018KFYXKJC019）等的资助。
