بطاقة أقل.. شريحة ذكية واحدة تستشعر وتخزن وتحسب وتؤمن البيانات

معا- في عصر التكنولوجيا الذكية توجد المعلومات الرقمية في كل مكان، وتوجد البيانات بشكل مستمر ويتم تبادلها بين الهواتف المحمولة والساعات الذكية والكاميرات ومكبرات الصوت الذكية والأجهزة الأخرى.

ويتطلب تأمين البيانات الرقمية على الأجهزة المحمولة كميات هائلة من الطاقة، وفقًا لمجموعة متعددة الاختصاصات من باحثي جامعة ولاية بنسلفانيا (Penn State University) الذين حذروا من أن تأمين هذه الأجهزة من الجهات غير الموثوقة أصبح مصدر قلق أكبر من أي وقت مضى.

بقيادة سابتارشي داس، الأستاذ المساعد لعلوم الهندسة والميكانيكا بجامعة ولاية بنسلفانيا، طور الباحثون منصة معدات حاسوبية ذكية (Smart hardware platform) -أو شريحة- للتخفيف من استهلاك الطاقة مع إضافة مستوى إضافي من الأمان، ونشر الباحثون نتائجهم في دورية "نيتشر كوميونيكيشنز" (Nature Communications).

يقول داس في البيان الصحفي الذي نشره موقع "تيك إكسبلور" (Tech Explore) في الـ20 من يوليو/تموز الجاري "تُخزن حاليا المعلومات الواردة من أجهزتنا في مكان واحد، هو السحابة الرقمية التي تتم مشاركتها وتخزينها في حواسيب مركزية كبيرة، والإستراتيجيات الأمنية المستخدمة لتخزين هذه المعلومات غير فعالة أبدا في استخدام الطاقة وهي عرضة لخرق البيانات والقرصنة".

التشفير السحابي والسيليكون لا يكفي

والتشفير السحابي هو وضع الأمان الحالي الذي يحول البيانات إلى شفرة لمنع الوصول غير المصرح له، ونظام المراسلة الشهير (WhatsApp) على سبيل المثال يستخدم هذه الطريقة التي تضمن -نظريا- أن الأجهزة المشاركة في الدردشة فقط هي التي يمكنها الوصول إلى الرسائل الخاصة، ومع ذلك فمن الناحية العملية تكون عمليات التشفير السحابية عرضة لتسرب البيانات وهي أهداف متكررة للمنافسين، وفقا للباحثين.

يقول الباحث أخيل دودا، طالب الدكتوراه في علوم الهندسة والميكانيكا في جامعة ولاية بنسلفانيا، في البيان "على الرغم من أن وحدات الأمان المعتمدة على البرامج قوية، فإن هناك العديد من التحديات التي تواجهها. لقد طورنا منصة تشفير باستخدام مادة ثنائية الأبعاد للتغلب على قيود الأمان هذه".

يقول الباحثون إن السيليكون الذي يشيع استخدامه في صناعة الترانزستورات المستخدمة في الهواتف المحمولة لن يساعد على بناء ترانزستور صغير بما يكفي لتوفير استخدام الطاقة، وبدلا من ذلك تحول الباحثون إلى مواد ثنائية الأبعاد، وتحديدا ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) الذي يقل سمكه عن نانومتر واحد لإنشاء شريحة تشفير منخفضة الطاقة، وقد عمل المشاركون في جامعة ولاية بنسلفانيا معا لتجميع ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) اللازم لإنشاء الشريحة.

تستخدم الشريحة 320 ترانزستورا من مادة ثاني كبريتيد الموليبدينوم، حيث يحتوي كل منها على وحدة استشعار ووحدة تخزين ووحدة حوسبة لتشفير البيانات، ولاختبار قوة التشفير استخدم الباحثون خوارزميات التعلم الآلي التي سمحت لهم بدراسة أنماط المخرجات والتنبؤ بمعلومات المدخلات.

تشفير عالي المرونة

يقول داس "وجدنا أن تقنيات التعلم الآلي المتقدمة لا تستطيع فك تشفير المعلومات المشفرة، مما يعزز مرونة التشفير ضد هجمات التعلم الآلي، ومن دون معرفة سابقة بقنوات المعلومات ومتغيرات فك التشفير من الصعب جدا فك شفرة المعلومات".

بالإضافة إلى ذلك، يقول الباحثون إن الطاقة المستهلكة في تشفير المعلومات كانت أقل بكثير من طرائق الأمان القائمة على السيليكون، وكانت النتيجة أن شريحة "الكل في واحد" المنخفضة الطاقة يمكنها استشعار المعلومات وتخزينها وحسابها ونقلها بين الأجهزة المتصلة، وهو حل محتمل للمستخدمين الذين يريدون أمانا إضافيا، ولكن لا يمكنهم تحمل استنزاف بطاريات أجهزتهم المحمولة في الاستخدام اليومي.

يقول داس "في المستقبل القريب، نخطط للوصول إلى الوكالات الفدرالية والشركات الخاصة المتخصصة في الأمن الذكي لإيصال عملنا وتوسيع نطاقه".