يمكن أن يبرز الجيل التالي من الأجهزة الإلكترونية أنظمة أمان مُدعّمة ومدمجة في دوائرها بشكل مباشر، ما يساعد في صدّ الهجمات الضارة. وفي هذا الصدد، أظهر باحثو جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) إمكانية دمج ما يسمى ب"الأقفال المنطقية الواقية"، والتي تعتمد على فرع متقدم من الإلكترونيات يسمى Spintronics، أو ما يعرف ب"إلكترونيات النقل الدوراني" أو " الإلكترونيات الدورانية"، في الدوائر المتكاملة للرقائق الإلكترونية لحماية أمن تلك الرقائق.

وال Spintronics عبارة عن تقنية ناشئة تستغل الدوران الداخلي للإلكترون والعزم المغناطيسي المرتبط به، بالإضافة إلى شحنته الإلكترونية الأساسية. ويقدم البروفيسور يحيى مسعود مدير مختبرات التقنيات المبتكرة في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)، تعريفاً لها بقوله: "الإلكترونيات الدورانية هي مجال معنيّ بدراسة الكيفية التي يمكن خلالها استغلال أحد الخواص الفيزيائية للإلكترونات وهي الدوران، بالإضافة إلى شحنة الإلكترون".

وتجدر الإشارة الى ان الإلكترونات تدور حول الذرات، ولكنها تدور أيضاً حول نفسها. كما أن لديها القدرة على الانتقال من مجال دورانٍ إلى آخر. مما يمكِّننا من استغلال هذه الخاصية المميزة في صناعة الجيل التالي من محركات الأقراص الصلبة.

ويشير مسعود: "أنّ الحاجة إلى ميزات الأمان التي تعتمد على الأجهزة تعكس الطبيعة العالمية لتصنيع الإلكترونيات الحديثة".

فعادة ما تستخدم شركات الإلكترونيات مسابك خارجية كبيرة متخصصة لإنتاج رقائقها، ما يساعد على الحد من التكاليف، ولكنه في الوقت ذاته يقدم نقاط ضعف محتملة لسلسلة التوريد.

حيث يمكن ببساطة نسخ تصميم الدائرة بشكل غير قانوني بواسطة مسبك غير موثوق به؛ لإنتاج رقائق مزيفة أو يمكن تعديل التصميم بشكل ضار من خلال دمج "أحصنة طروادة للأجهزة" في الدوائر، وهو ما يؤثر بالسلب على سلوكها.

يقول ديفيندو ديفيند، طالب في مرحلة الدكتوراة في مختبرات مسعود: "هناك طرق للأمان يُجرى استخدامها الآن على نطاق واسع مثل "القفل المنطقي" المذكور انفا، وذلك بهدف تعزيز الثقة في سلسلة تصنيع الدوائر المتكاملة المعولمة".

حلول الأجهزة النانوية

ولذا، قام الفريق بتصميم قفلاً منطقياً للدائرة المتكاملة، يعتمد على مكون يسمى "تقاطع النفق المغناطيسي" لحماية أمن الرقاقة ضد أي هجمات ضارة.

وتقاطعات الأنفاق المغناطيسية أو MTJs، هي أجهزة ذات بنية نانوية في مجال "الإلكترونيات المغناطيسية" أو "الإلكترونيات الدورانية"، وتُستخدم اليوم بشكل شائع في أجهزة استشعار المواقع والعديد من أجهزة الاستشعار في السيارات والصناعة وتطبيقات المستهلكين.

ولمزيد من التوضيح، يقول ديفيندو: "يعمل القفل المنطقي مثل القفل المركب، بحيث يتم تشويش عمل الدائرة، إذا لم يتم توفير إشارة مجموعة "المفتاح" الصحيحة للقفل. ومن ثَمّ يتم تخزين مفاتيح القفل في ذاكرة محمية من العبث، وهو ما يضمن أمان الأجهزة ضد العديد من نماذج التهديد. وعندما يتلقّى تقاطع النفق المغناطيسي إشارة المفتاح الصحيح كمُدخَل، وقتها فقط يعطي مُخرَجاً صحيحاً يعمل على تشغيل الدائرة المحمية ".

وتجدر الإشارة إلى أن سلوك القفل المنطقي لتقاطع النفق المغناطيسي يعتمد على الإلكترونيات الدورانية.

علاوةً على ذلك، يشير مسعود إلى أن الأجهزة القائمة على الدوران تتمتع بالعديد من المزايا مقارنة بمكونات السيليكون التقليدية، بما في ذلك الجهد التشغيلي المنخفض وعدم استهلاك الطاقة أثناء وضع الاستعداد.

ويضيف قائلاً: "لقد زادت إمكانية استخدام هياكل الأجهزة المشتملة على إلكترونيات دورانية في تصميم الرقائق. كما أن وجود هذه الخصائص يجعل من هذه الأجهزة خياراً محتملاً لاستكشاف أمان الأجهزة الأخرى".

وقد تكون الإلكترونيات الدورانية مثالية لأداء مهمة القفل المنطقي، كما أظهر عمل الفريق.

أما عن الخطوة التالية لفريق العمل يقول مسعود: " تشمل خطواتنا التالية الكشف عن الأجهزة الأخرى التي تعتمد على الدوران، بهدف تطوير كتل القفل المنطقي، وذلك بالاستعانة بأحدث التقنيات الواردة في هذا المجال والمتوفرة في مرافق التصنيع في حرم جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)".