浙江大學最新Nano Letters：面向實時網絡入侵檢測系統(tǒng)的自整流憶阻器

作者：集小微 2024-11-27

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近日，浙江大學集成電路學院張亦舒研究員團隊提出了一種基于摻雜WO3?x/ZnO雙層自整流行為憶阻器的儲備池計算框架，用于實時網絡入侵檢測應用，旨在實現高準確率的實時入侵檢測，同時展現出極高的信息處理效率，為下一代實時網絡入侵檢測提供了一種魯棒且可擴展的解決方案。該工作以題為“Self-Rectifying Memristor-Based Reservoir Computing for Real-Time Intrusion Detection in Cybersecurity”發(fā)表于Nano Letters（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04385）

本文第一作者為浙江大學集成電路學院碩士生張國濱。該工作得到了國家自然科學基金和省自然科學基金重大項目的資助。

課題背景

在大數據時代和物聯(lián)網技術的迅速發(fā)展背景下，網絡安全領域面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。隨著網絡攻擊的復雜性和頻率不斷增加，傳統(tǒng)的入侵檢測系統(tǒng)（Intrusion Detection System, IDS）已經難以滿足實時監(jiān)控和有效防御的需求。因此，研究者們開始探索新的技術，以提高IDS的性能和效率。儲備池計算（Reservoir Computing, RC）作為一種高效的計算模型，因其在處理時間序列數據方面的優(yōu)勢而被應用于實時入侵監(jiān)測和分類任務。物理RC系統(tǒng)，特別是那些基于先進材料和電子設備的系統(tǒng)，因其出色的能效比而受到關注。憶阻器，作為神經形態(tài)計算中的一種新興記憶器件，因其獨特的可調特性和動態(tài)性能，被視為實現物理RC系統(tǒng)的關鍵技術。然而，憶阻器在大規(guī)模集成時遇到的“潛行路徑電流”問題，限制了其在IDS中的應用。為了解決這一問題，研究者們提出了具有自整流行為的憶阻器，它們能夠有效減少潛行路徑電流，消除額外組件的需求，并減少集成電路的面積開銷。

課題亮點

本工作提出了一種基于NiO摻雜WO3?x/ZnO雙層自整流行為憶阻器的RC框架，用于網絡安全中的實時IDS。研究團隊開發(fā)了16×16的交叉陣列，利用SRMs的獨特動態(tài)特性，實現了在CSE-CIC-IDS2018數據集上93.07%的分類準確率，同時展示了極高的信息處理效率。這項工作的亮點在于不僅利用了憶阻器的可調特性，還解決了大規(guī)模集成中潛行路徑電流的挑戰(zhàn)，提供了一種魯棒且可擴展的下一代IDS解決方案。此外，論文還詳細闡述了憶阻器的物理化學特性以及導電機制，并通過實驗驗證了所提出自整流憶阻器在長期脈沖刺激下的穩(wěn)定性和可靠性，這些特性對于RC系統(tǒng)在動態(tài)需求下的有效映射和訓練至關重要。最終，這項研究不僅展示了新興電子技術在提升網絡安全方面的潛力，還為實時IDS的硬件實現提供了創(chuàng)新的方法。