¿Memorresistores para generación de números aleatorios?

La generación de números aleatorios es una función vital para la transmisión segura de datos, que se utiliza para cifrar y asegurar los datos y generar contraseñas de un solo uso. Para generar un número aleatorio, un circuito detecta el “ruido” aleatorio producido por un componente físico, como el ruido térmico de diodos o resistencias. Sin embargo, el consumo de energía de estos elementos puede ser notable, dificultando su uso en aparatos de bajo consumo. Además, el grado de aleatoriedad puede degradarse con el tiempo debido a un cambio en las características físicas y electrónicas del dispositivo.

El memorresistor es un componente electrónico pasivo, como una resistencia, pero que en vez de tener un valor de resistencia eléctrica fijo, su capacidad de transportar la corriente cambia según el voltaje aplicado previamente. En otras palabras, es capaz de "recordar" la corriente anterior. El dispositivo fue ideado de modo teórico en 1971 por el ingeniero electrónico Leon Chua de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos. Se consiguió desarrollar el primero en 2008, usando dióxido de titanio. Esta primicia fue obra de un equipo de científicos de la compañía Hewlett Packard.

Otra característica de los memorresistores es que también producen un tipo de “ruido” eléctrico denominado ruido telegráfico aleatorio, también referido como ruido de palomitas de maíz por el sonido que puede generar mediante una conexión a un altavoz. El ruido telegráfico aleatorio resulta ser perfecto para la generación de números aleatorios.

El equipo de Mario Lanza, de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (KAUST) en Arabia Saudita, se propuso diseñar y fabricar un dispositivo basado en memorresistores cuyo ruido telegráfico aleatorio se mantuviera estable con el paso del tiempo.

Utilizando películas bidimensionales (con el grosor de un átomo), estos investigadores han conseguido desarrollar un generador de números aleatorios a escala nanométrica con mayor estabilidad a largo plazo y menor consumo de energía, en comparación con los generadores convencionales.

Los memorresistores tienen velocidades de funcionamiento altas, un bajo consumo de energía, una gran durabilidad y un largo tiempo de retención de datos, además de ser baratos y fáciles de fabricar. (Foto: © 2021 KAUST; Anastasia Serin)

"El principal reto fue que la estructura atómica de la película fina resistiva se degrada con el tiempo, lo que hace que la señal de ruido telegráfico aleatorio desaparezca", explica Lanza. "En nuestros dispositivos, utilizamos nitruro de boro hexagonal multicapa, que es un material bidimensional que tiene una estructura atómica muy estable y es inmune a este efecto".

Un aspecto clave de los procesos de fabricación usados por Lanza y sus colegas para el nuevo tipo de generador de números aleatorios es que resultan compatibles con la industria, lo que facilitará la integración del nuevo dispositivo en productos comerciales.

Lanza y sus colegas exponen los detalles técnicos de su trabajo de investigación y desarrollo en la revista académica Advanced Materials, bajo el título de “Advanced Data Encryption ​using 2D Materials”. (Fuente: NCYT de Amazings)