Gabriel Torrens, investigador de la UIB, detalla cómo las «huellas digitales» electrónicas podrían revolucionar la seguridad y privacidad de los dispositivos.

Palma, 10 de diciembre de 2024. La inteligencia artificial y los dispositivos conectados forman parte integral de nuestra vida cotidiana, pero su creciente presencia también plantea desafíos en términos de seguridad y privacidad. Una investigación pionera liderada por Gabriel Torrens Caldentey, profesor titular de la Universitat de les Illes Balears (UIB), busca aprovechar las imperfecciones intrínsecas de los chips de memoria para desarrollar claves únicas de identificación. Estas claves, conocidas como funciones físicamente no clonables (PUF, por sus siglas en inglés), podrían convertirse en un elemento crucial para garantizar la autenticidad y protección de los dispositivos electrónicos.

La investigación del Departamento de Ingeniería Industrial y Construcción de la UIB parte de un principio sencillo: no existe un proceso de fabricación perfecto. Las imperfecciones inherentes en los transistores que componen los chips de memoria permiten generar claves únicas e irreproducibles, que funcionan como una «huella digital» del dispositivo.

Hablamos con el profesor Gabriel Torrens sobre las aplicaciones, los desafíos y los avances en este fascinante campo de la seguridad tecnológica.

¿Qué son las imperfecciones de los chips de memoria y cómo pueden utilizarse para mejorar la seguridad?

Ningún proceso de fabricación es perfecto, imaginemos por ejemplo las piezas que fabrica una máquina, por muy precisa que sea la máquina, todas tendrán un tamaño ligeramente diferente.

Un chip está formado mayoritariamente por transistores, que son los principales elementos con los que se construye la electrónica actual. Cuando se pretende fabricar un conjunto de transistores iguales, no todos resultan exactamente iguales, sino que por ejemplo sus medidas (y otros parámetros) varían ligeramente. Además, hay que tener en cuenta que los transistores actuales son muy pequeños, en un milímetro caben decenas de miles de transistores. Cuanto más pequeño es un objeto, más difícil es fabricarlo por ejemplo con unas medidas precisas.

Podríamos decir que los transistores son los ladrillos con los que se construyen los chips. De hecho, esta analogía viene bien para entender cómo se construye una memoria y qué son las imperfecciones de los chips de memoria.

Un chip de memoria está formado por una repetición de múltiples bloques denominados celda. Cada celda almacena un bit. De hecho las celdas se distribuyen en una matriz (por filas y columnas) de forma parecida a si fuera una pared de ladrillos. Aunque todas las celdas se diseñan para que sean iguales, el resultado es que no lo son exactamente. Por este motivo, se comportan de manera diferente. La idea es aprovechar este diferente comportamiento para extraer una clave única que se utilizará como firma (como una huella digital única) de cada chip de memoria. La clave será única porque es imposible que, en otro chip, las imperfecciones estén en los mismos lugares, de la misma forma que si se construyen dos paredes iguales, aunque de lejos puedan parecer iguales, si uno se acerca a verla de cerca, se dará cuenta de que hay multitud de pequeños defectos. Los defectos hacen a cada pared (y a cada memoria) única.

Como resumen, se trata de aprovechar las imperfecciones intrínsecas (o pequeños defectos) que se dan de forma inherente e inevitable en el proceso de fabricación de los chips de silicio con los que están construidos los dispositivos electrónicos para obtener una clave única que puede ser utilizada como firma (en este contexto, también puede denominarse huella, por analogía con la huella de los dedos).

¿De qué manera contribuye esta tecnología a la seguridad y privacidad de los dispositivos?

La idea es poder obtener una clave, que después se utilizará como firma (o huella) única para cada chip y que, además, tiene la característica de que no está almacenada en ningún sitio, sino que se encuentra en la misma estructura de transistores con los que se ha fabricado en chip. Esto hace que sea muy difícil clonar esta firma en otro chip. Así pues, el dispositivo del que se ha extraído la firma puede ser identificado de forma única y es mucho más difícil suplantar esta identificación. Dificultar o hacer casi imposible la suplantación contribuye a mejorar la seguridad y la privacidad, ya que resulta mucho más difícil que otro dispositivo se haga pasar por el nuestro.

Chip de memoria diseñado y fabricado en la UIB con el que se han realizado los experimentos

Principales puntos, tareas y proyectos de vuestra investigación

Nuestra línea de investigación en PUF (funciones físicamente no clonables) pretende desarrollar técnicas para hacer viable utilizar las celdas de memoria para generar claves de identificación únicas de cada chip.

Una de las principales tareas es determinar, de una memoria dada, qué celdas de memoria son adecuadas para generar este tipo de clave y cuáles no, pues resulta que se ha visto que no todas son adecuadas para ello.

Disponemos de un chip de memoria diseñado y fabricado en la UIB con el que se han realizado los experimentos que se detallan en los artículos publicados.

Ahora estamos trabajando en técnicas para poder eliminar el efecto de las celdas que no se comportan de la manera adecuada para extraer claves que puedan utilizarse como firmas únicas y fiables.

La investigación de la UIB, respaldada por publicaciones científicas como SRAM-Based PUF Reliability Prediction Using Cell-Imbalance Characterization y Estimation during Design Phases of Suitable SRAM Cells for PUF Applications, marca un avance significativo en el ámbito de la seguridad digital. En un mundo donde los dispositivos conectados proliferan, soluciones innovadoras como esta serán fundamentales para proteger la información y garantizar la autenticidad de los sistemas electrónicos.