移動(dòng)終端持久性內(nèi)存的壽命和安全性問題研究.pdf

1、隨著信息化的快速發(fā)展，移動(dòng)終端已應(yīng)用于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。同時(shí)，對存儲(chǔ)性能、能耗、容量、可靠性和成本等提出更高要求。DRAM能耗和可縮性限制成為制約移動(dòng)終端系統(tǒng)發(fā)展的主要瓶頸，迫切需要新的替換技術(shù)。新型非易失性存儲(chǔ)器（Non-Volatile Memory，NVM）以其高擴(kuò)展、低功耗、非易失、高存儲(chǔ)密度、按字節(jié)編址、抗震等特征得到廣泛關(guān)注。新型非易失性存儲(chǔ)可以很好解決DRAM能耗和擴(kuò)展性問題。新型NVM顯著的優(yōu)勢使其成為DRA

2、M最具競爭的替代技術(shù)。然而，新型非易失性存儲(chǔ)器普遍存在壽命有限和安全性低的缺陷。
　　為此，針對移動(dòng)終端耐久性內(nèi)存的壽命和安全性問題，結(jié)合移動(dòng)終端應(yīng)用程序特征和資源受限的缺點(diǎn)。本文首先針對非易失性存儲(chǔ)器的壽命問題，開展基于存儲(chǔ)單元的減少寫技術(shù)研究。然后對非易失存儲(chǔ)器的安全性問題進(jìn)行研究，提出了基于計(jì)數(shù)器模式的間接加密技術(shù)。最后通過實(shí)驗(yàn)證明提出技術(shù)的有效性。具體來說，本文開展如下工作：
　　第一，移動(dòng)終端內(nèi)存通常需要進(jìn)行頻繁的

3、更新操作，大量的寫操作加快非易失性存儲(chǔ)器的磨損。對此，借助應(yīng)用程序的特征和系統(tǒng)能耗的限制，設(shè)計(jì)了基于重編碼的壽命優(yōu)化技術(shù)。該技術(shù)通過翻轉(zhuǎn)和移位策略對將要寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，以減少將要寫入數(shù)據(jù)和存在數(shù)據(jù)的不同數(shù)據(jù)位總數(shù)，達(dá)到擴(kuò)展非易失性存儲(chǔ)器壽命的目的。
　　第二，非易失性存儲(chǔ)器具有非易失性的自然屬性，數(shù)據(jù)在沒有電力供應(yīng)的情況下仍然保存，給存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性帶來巨大挑戰(zhàn)。對此，本文對非易失性存儲(chǔ)器的安全性進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)基于計(jì)數(shù)器模式的

4、加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)對存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全性的保護(hù)。
　　最后，針對非易失性存儲(chǔ)器壽命和安全性的問題，本文設(shè)計(jì)相應(yīng)的模擬器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。針對壽命問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)設(shè)計(jì)的壽命優(yōu)化技術(shù)能夠減少至少57％的寫操作，延長非易失性內(nèi)存2.3倍的寫壽命。針對安全性問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示設(shè)計(jì)的加密技術(shù)相比于直接AES和流密碼加密技術(shù)在能耗，系統(tǒng)時(shí)延和存儲(chǔ)代價(jià)等方面都有改善。本文提出的技術(shù)對非易失性存儲(chǔ)器在移動(dòng)設(shè)備、嵌入式設(shè)備、個(gè)人PC和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的方向