Números aleatorios (CRRAM)

La generación y creación de números aleatorios, utilizados para brindar seguridad en las comunicaciones, son cada día más necesarios en el universo de comunicaciones y/o transacciones comerciales, realizadas desde dispositivos móviles conectados a Internet. Es una frase hecha decir que “el mundo delictivo nunca descansa” y en Taiwán, han desarrollado un sistema basado en la tecnología del memristor para crear un dispositivo que genera un tipo de ruido eléctrico que puede ser utilizado como un verdadero generador de números aleatorios, sin seguir ninguna clase de “patrones o estructuras” definidas por un sistema informatizado. Las RRAM, ahora se transforman en CRRAM para generar números al azar, verdaderamente aleatorios.

Un grupo de ingenieros y científicos taiwaneses, afirman haber desarrollado un pequeño circuito de bajo consumo y basado en memristores, que ayudaría a  mejorar la seguridad en la transmisión de datos a través de Internet o en el uso de la creciente tecnología NFC (Near Field Communication), creada en 2004 por Sony, Philips y Nokia, presente hoy, en una gran cantidad  de teléfonos inteligentes que operan en el mercado. La seguridad de muchas transacciones digitales de datos, depende de la generación de números verdaderamente aleatorios, algo que es difícil de hacer con la tecnología de los circuitos digitales de hoy en día. Por lo general, a pesar de que existen múltiples métodos para la creación de números al azar (Random), en el resultado práctico y efectivo, no son “completamente al azar”.  Por supuesto, cualquier aprendiz de espía informático no tiene acceso a descubrir protocolos elaborados, pero mediante metodologías sistemáticas de seguimiento en la lectura de los números obtenidos, los códigos siempre terminan teniendo una secuencia de generación que es descubierta o derribada y miles de datos confidenciales acaban en manos inescrupulosas.

Este nuevo tipo de memristor presentado, emite verdaderos números aleatorios, además de presentar la virtud de consumir menos energía, en comparación con otras técnicas, de acuerdo con la investigación que aparecerá en la próxima edición de la “IEEE Electron Device Letters”. Las memorias resistivas de acceso aleatorio (RRAMs, Resistive Random Access Memories), conocidas popularmente como Memristores, almacenan información en formato resistivo, a diferencia de los métodos tradicionales, que lo hacen almacenando cargas eléctricas. Como ya hemos visto en artículos anteriores, en el memristor se hace intercalando un material resistivo entre dos electrodos donde, valga la redundancia, la resistencia del dispositivo puede ser reversible, aumentando o disminuyendo gracias a la aplicación de un cierto nivel de tensión o voltaje.  Para lograr este generador de números aleatorios, los investigadores taiwaneses, todos pertenecientes a la Universidad Nacional Tsing Hua (NTHU), en Hsinchu, se valieron de una característica particular, dando lugar a las “Contact RRAM” (CRRAM) , un tipo de RRAM específica, desarrollada íntegramente en sus laboratorios. La mayoría de RRAMs se forman a partir de una película de material entre dos electrodos de metal. Las CRRAM están formadas a partir de una capa de dióxido de silicio entre el drenaje de un transistor y el contacto de tungsteno, que normalmente se conecta a esas estructuras. Este diseño, permite construir matrices CRRAM que resultan más compactas que otros tipos de matrices RRAM y compatibles con el estándar de los procesos de fabricación de circuitos lógicos tradicionales, según expresaron los investigadores.

Sin embargo, dentro del diseño CRRAM, la celda de memoria queda encapsulada sobre un área pequeña, por lo que la corriente que fluye a través de ella se torna especialmente sensible a la captura y la liberación de electrones, que se ven temporalmente atrapados dentro de la película de dióxido de silicio. Este “evento” de atrapar y liberar, es un suceso que se produce con una alternancia o con un ritmo definido por el azar, característica que resulta entonces ideal para producir números aleatorios. “La fluctuación natural no se puede predecir, ya que no es generada por un software o por un conjunto de ecuaciones definidas por un programador“, dice Jung-Chrong Lin, profesora asociada del Departamento de Ingeniería Eléctrica NTHU y una de las inventoras de este modelo de CRRAM. “Los códigos aleatorios que obtenemos de la fluctuación nunca se sabrían con antelación. Esto ayudará a mejorar los sistemas existentes de cifrado.”  Según Lin, la clave del éxito de este tipo de construcción se basa en el pequeño tamaño alcanzado en la superficie de los contactos (80 x 80 nanómetros). Dentro de este camino estrecho por el que deben atravesar los electrones, el efecto de su captura y liberación, llamado “ruido aleatorio telegráfico”, produce una “señal de ruido eléctrico” que logra provocar un cambio mayor al 10% en los niveles de resistencia del dispositivo. “Las señales generadas en los enfoques tradicionales se han mejorado partiendo desde un 1 a 2%, donde los resultados pueden ser dudosos o engañosos“, agregó.

En esta primera etapa y por sí solo, el generador es adecuado sólo para trabajar a baja velocidad de generación de datos, y en aplicaciones de baja potencia, tales como las llaves de un coche o en tarjetas de identificación, de acuerdo con los investigadores. Esto es porque puede generar bits a no más de 1Khz. El agregado de un circuito de realimentación, podría impulsar esta velocidad a más de 100Mhz, permitiendo expandir el área de trabajo a otras aplicaciones de mayor tamaño y complejidad.