靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)殘留的安全策略研究.pdf

1、靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（SRAM，Static Random Access Memory）是一種無需刷新、以隨機(jī)順序來讀寫存儲(chǔ)單元的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。由于其高速、低功耗的特點(diǎn)，SRAM被廣泛地應(yīng)用于高性能微處理器和各類消費(fèi)電子產(chǎn)品中。通常認(rèn)為，SRAM屬于易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。當(dāng)電源移開時(shí)，存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)表征的信息會(huì)隨之消失。然而近年來，關(guān)于掉電后SRAM中存在數(shù)據(jù)殘留的事實(shí)被不斷地報(bào)道和探究，而且使用特殊方式可以將殘留的數(shù)據(jù)恢復(fù)或者讀取出來。在實(shí)

2、際應(yīng)用中，這給SRAM及其系統(tǒng)的安全性構(gòu)成一定威脅。本論文將全面深入地論述SRAM中數(shù)據(jù)殘留的安全策略設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　 首先，論述了各種具有代表性的針對SRAM進(jìn)行的物理攻擊方法，研究了各自的攻擊原理。接著，基于半導(dǎo)體物理與器件理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了SRAM中數(shù)據(jù)殘留的物理解釋，以此為安全策略的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
　　 其次，對基于清零和改寫兩種安全策略的SRAM體系結(jié)構(gòu)，片上能量獲取、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，以及低壓、高效率

3、電荷泵升壓電路等的核心關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。針對掉電后SRAM中數(shù)據(jù)殘留采用的不同安全策略需要不同的系統(tǒng)架構(gòu)和功能模塊，本論文對應(yīng)用各類安全策略的SRAM結(jié)構(gòu)及其中的低功耗掉電檢測、低損耗電源選擇、清零陣列和改寫陣列等安全電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。
　　 提出了一種能實(shí)現(xiàn)片上能量獲取、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換的全集成電源系統(tǒng)，為掉電后的SRAM提供進(jìn)行安全操作所需的能量。該系統(tǒng)采用電容存儲(chǔ)電荷的方式積蓄能量，避免了電感儲(chǔ)能方式帶來的電磁

4、干擾，減小了存儲(chǔ)元件的寄生電阻。利用電荷泵升壓電路提高存儲(chǔ)電容的電壓，有效的增加了存儲(chǔ)能量；同時(shí)，掉電后的電荷泵升壓電路反向截至能防止能量從存儲(chǔ)電容瀉放回到地。此外，該系統(tǒng)還集成了適用于片上電源系統(tǒng)的線性調(diào)整器，研究了準(zhǔn)掉電模式下線性調(diào)整器的電特性，實(shí)現(xiàn)了將存儲(chǔ)電容的能量高效的轉(zhuǎn)換給安全電路。最后，基于Huahong-NEC（HHNEC）0.25 μm CMOS工藝，結(jié)合不同策略下的SRAM架構(gòu)，給出了片上電源系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化方法。

5、
　　 為了避免攻擊者將安全電路拆卸掉，研究了低壓、高效率、全集成電荷泵升壓電路的關(guān)鍵技術(shù)。建立了電荷泵電路的效率與時(shí)鐘控制信號的交疊量模型，提出了能獲得最高效率的最優(yōu)時(shí)鐘控制策略。對于四相位Dickson電荷泵而言，最優(yōu)的時(shí)鐘交疊量范圍是設(shè)計(jì)成時(shí)鐘控制信號周期的3%到6%，這樣能實(shí)現(xiàn)至多8%的效率提高。最后，基于廉價(jià)的P襯N阱CMOS工藝，綜合四相位Dickson電荷泵和Doubler電荷泵的優(yōu)點(diǎn)，采用復(fù)合開關(guān)管技術(shù)，提出了一