基于柔性聚酰亞胺憶阻器的多合一壓縮和加密引擎

近日，西安電子科技大學王宏教授，開發了一種基于聚酰亞胺的閾值轉換憶阻器，構建了可用于傳感器數據的多合一壓縮和加密引擎。通過該器件的高斯電導模式，形成一次性采樣矩陣，提供了有效的信息保護，且壓縮和加密可同時進行；由于矩陣的唯一性，密文不可穿透且可以抵御CPA，有望在物聯網、可穿戴設備等領域得到應用。該研究成果發表在Small Science上。

研究背景

日常工作中，人們越來越依賴相互連接的傳感設備來管理大量的數字信息。黑客也通過利用物聯網產品的安全漏洞來控制現實世界的物體，數據的壓縮和加密已變得至關重要。由于單個傳感器的算力資源有限，傳統的單獨加密層方案成本太高。另外，傳統的壓縮傳感集成了壓縮和加密功能，但由于加-解密機制的固定，存在統計信息泄露、無法抵御CPA及明文大綱信息泄露的固有缺陷。

CS安全問題越來越被重視。CS是利用特定信號的結構，通過隨機編碼過程在模擬和數字領域的物理界面上同時進行數據壓縮和采集，允許以亞奈奎斯特速率進行采集。一次性采樣技術、統計攻擊抵抗以及硬件集成等多種安全手段被大量研究。隨著傳感器性能的提升和數據吞吐量的增加，與之配套的集成壓縮和加密的硬件面臨著設計和成本上的巨大挑戰。

研究內容

團隊設計一種聚酰亞胺膜片，并利用其固有的振蕩特性來實現壓縮和加密的集成。通過濺射和旋涂工藝，制備了多層聚酰亞胺薄膜和鎢、銀、鉑、鈦結構的柔性閾值轉換器件。然后利用原子力顯微鏡分析表面粗糙度，進行熱重和電學性能測試。

結果表明，在設定電壓下，由于測量矩陣依賴于原始信號，缺乏隨機性，對稀疏圖像恢復成功率較低。在高斯電導中，器件將輸入電脈沖轉換為低阻態，當其自發返回高阻態時，電導呈現高斯分布，由于隨機的電導矩陣滿足限制性等距條件規則，成功重建圖像，實現了壓縮傳感功能。60%的采樣率下，重建-解密信號的識別準確率達到≈84%，僅比原始信號的準確率低≈4%。材料可在高達500℃的條件下保持穩定的柔性和機械韌性，可用于更惡劣的多種極端環境使用。

審核編輯 ：李倩