Biologiškai įkvėptas elektroninis pirštų atspaudų PUF įrenginys su vienos sienelės anglies nanovamzdelio tinklo paviršiumi, kurį tarpininkauja M13 bakteriofago šablonas


Min entropija

Min entropija yra konservatyviausias būdas išmatuoti rezultatų rinkinio nenuspėjamumą ir yra vertinamas pagal atsakymus taip16:

$${\text{H}}_{{{\text{min}}}} = – \log_{2} \left( {{\text{P}}_{{{\text{max}}} } } \right),$$

(1)

kur \({\text{H}}_{{{\text{min}}}}\) žymi mėginių min entropiją ir \({\text{P}}_{{{\text{max}}}}\) maksimali 0 arba 1 tikimybė kiekvienoje atsako į iššūkius vietoje.

$$\left( {{\text{H}}_{{{\text{min}}}} } \right)_{{{\varvec{total}}}} = – \frac{1}{{ \varvec{n}}}\mathop \sum \limits_{{\varvec{i}} = 1}}^{{\varvec{n}}} \log_{2} \left( {{\text{P }}_{{{\text{max}}}} } \right)$$

(2)

Jeigu Pmaks yra artimas 0,5, tada min entropija lemia idealią 1 reikšmę. PUF atsako modeliai, kurių min entropija artima 1, tampa beveik nenuspėjami. Visų pagamintų M13-SWNT pagrindu pagamintų PUF buvo pageidautina didelė 0, 98 min entropija, neatsižvelgiant į individualų PUF ląstelių pasiskirstymą, o tai rodo jų atsakų nenuspėjamumą.

Atsitiktinumo ir unikalumo įvertinimas

Atsitiktinumas įvertina atsakymų nenuspėjamumą ir gaunamas išmatuojant „1 s“ arba „0 s“ skaičių atsakymų eilutėje17. Idealus PUF atsitiktinumas turėtų būti 50%, o tai prisideda prie stiprios tolerancijos brutalios jėgos atakoms. Unikalumas parodo, kaip tikimasi skirtingų atsakymų, kai tas pats iššūkis taikomas skirtingiems PUF17. Jis įvertinamas išmatuojant atstumą tarp skirtingų PUF atsakymų į tą patį iššūkį, o idealus PUF unikalumas turėtų būti 50%. Atsitiktinumas buvo matuojamas taikant 10 000 skirtingų iššūkių ir iš kiekvieno PUF išimant 240 bitų atsakymus. Unikalumas taip pat buvo įvertintas taikant tuos pačius iššūkius 10 000 kartų trims PUF ir gavus 240 bitų atsakymus. M13-SWNT pagrįstų PUF rezultatų atsitiktinumas buvo 50%, 50,5% ir 51%, kurie visi yra artimi idealiai 50%, kaip parodyta 4a pav. Be to, PUF unikalumas taip pat siekė idealią 50 % vertę, kaip parodyta 4b pav.

4 pav
4 paveikslas

M13-SWNT pagrindu sukurtų PUF atsitiktinumas ir unikalumas. (a) Kiekvieno M13-SWNT pagrindu pagaminto PUF, pagaminto toje pačioje partijoje, atsitiktinumas yra artimas idealiai 50 %. (b) M13-SWNT pagrindu pagamintų PUF unikalumas artimas idealiai 50%.

Aplinkos variacijos

PUF įrenginys turi veikti patikimai, atkurdamas tuos pačius atsakus net ir esant aplinkos pokyčiams. Visų pirma, M13-SWNT pagrindu pagaminti PUF su lanksčiu substratu yra lengvai veikiami fizinių ir temperatūros svyravimų, todėl šie pokyčiai dažnai šiek tiek keičia atsaką į elektrinius išėjimus. Tačiau kai elektriniai pokyčiai gali būti tiesiškai koreliuojami su aplinkos pokyčiais, atitinkamas atsparumo ir aplinkos kitimo santykis gali būti naudojamas siekiant sumažinti bitų apsisukimų galimybę, procese, vadinamame klaidų taisymu.18. Todėl mūsų tyrimas ištyrė atsparumo priklausomybę nuo lenkimo ir temperatūros pokyčių. Kai M13-SWNT pagrindu pagamintas PUF buvo lenkiamas, atsparumas įtempimui padidėjo (5a pav.). Be to, temperatūros padidėjimas nuo 25 iki 50 °C tiesiškai sumažino varžą, o tai rodo padidėjęs srovės srautas (5b pav.). Remiantis tiesine atsparumo koreliacija su šiais aplinkos kintamaisiais, bitų paklaidos, kurias sukelia aplinkos pokyčiai, gali būti slopinamos naudojant kompensavimo algoritmą.

5 pav
5 paveikslas

M13-SWNT pagrindu pagamintų PUF atsparumo kitimai, kuriuos sukelia aplinkos pokyčiai. (a) Aiškus neigiamas ryšys tarp srovės ir pagrindo lenkimo įtampos ir (b) teigiama srovės tendencija temperatūros pokyčiams.