移动终端持久性内存的寿命和安全性问题研究

发布时间：2017-10-20 11:04

  本文关键词：移动终端持久性内存的寿命和安全性问题研究

  更多相关文章： 新型非易失性存储器 移动终端 减少写 数据加密

【摘要】：随着信息化的快速发展,移动终端已应用于大数据、云计算和物联网等领域。同时,对存储性能、能耗、容量、可靠性和成本等提出更高要求。DRAM能耗和可缩性限制成为制约移动终端系统发展的主要瓶颈,迫切需要新的替换技术。新型非易失性存储器(Non-Volatile Memory,NVM)以其高扩展、低功耗、非易失、高存储密度、按字节编址、抗震等特征得到广泛关注。新型非易失性存储可以很好解决DRAM能耗和扩展性问题。新型NVM显著的优势使其成为DRAM最具竞争的替代技术。然而,新型非易失性存储器普遍存在寿命有限和安全性低的缺陷。为此,针对移动终端耐久性内存的寿命和安全性问题,结合移动终端应用程序特征和资源受限的缺点。本文首先针对非易失性存储器的寿命问题,开展基于存储单元的减少写技术研究。然后对非易失存储器的安全性问题进行研究,提出了基于计数器模式的间接加密技术。最后通过实验证明提出技术的有效性。具体来说,本文开展如下工作:第一,移动终端内存通常需要进行频繁的更新操作,大量的写操作加快非易失性存储器的磨损。对此,借助应用程序的特征和系统能耗的限制,设计了基于重编码的寿命优化技术。该技术通过翻转和移位策略对将要写入的数据进行变换,以减少将要写入数据和存在数据的不同数据位总数,达到扩展非易失性存储器寿命的目的。第二,非易失性存储器具有非易失性的自然属性,数据在没有电力供应的情况下仍然保存,给存储数据的安全性带来巨大挑战。对此,本文对非易失性存储器的安全性进行研究,设计基于计数器模式的加密技术实现对存储数据安全性的保护。最后,针对非易失性存储器寿命和安全性的问题,本文设计相应的模拟器进行实验。针对寿命问题,实验结果证实设计的寿命优化技术能够减少至少57%的写操作,延长非易失性内存2.3倍的写寿命。针对安全性问题,实验结果显示设计的加密技术相比于直接AES和流密码加密技术在能耗,系统时延和存储代价等方面都有改善。本文提出的技术对非易失性存储器在移动设备、嵌入式设备、个人PC和数据中心等领域的应用提供新的方向和思路。
【关键词】：新型非易失性存储器 移动终端 减少写 数据加密
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333;TP309
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 研究目的和意义9-11
• 1.3 国内外研究现状11-12
• 1.3.1 NVM性能优化11
• 1.3.2 NVM安全性优化11-12
• 1.4 本文研究内容12-13
• 1.5 论文组织结构13-14
• 2 技术背景论述14-23
• 2.1 移动终端内存系统14-21
• 2.1.1 移动终端持久性内存架构15-17
• 2.1.2 新型非易失性存储17-21
• 2.2 内存寿命优化21
• 2.3 内存安全性优化21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 非易失性内存寿命研究23-35
• 3.1 非易失内存系统23-29
• 3.1.1 寿命优化24-26
• 3.1.2 算法设计26-29
• 3.2 实例分析29-30
• 3.3 理论分析30-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 非易失性内存安全性研究35-44
• 4.1 非易失性内存安全35-36
• 4.2 MobiLock加密机制36-41
• 4.2.1 MobiLock加密架构37-39
• 4.2.2 MobiLock安全模型39-40
• 4.2.3 MobiLock结构组成40-41
• 4.3 MobiLock实现41-42
• 4.3.1 MobiLock加密过程41-42
• 4.3.2 MobiLock解密过程42
• 4.4 安全性能分析42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 5 实验与分析44-52
• 5.1 实验平台44-45
• 5.2 测试标准45-46
• 5.3 实验结果和分析46-51
• 5.4 本章小结51-52
• 6 总结与展望52-54
• 6.1 总结52-53
• 6.2 展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-60
• 附录60
• A. 作者在攻读学位期间内发表的论文目录60
• B. 作者在攻读学位期间内参加的科研项目60
• C. 专利60

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本文编号：1066920