一种基于改写策略的安全SRAM芯片的研究与设计

发布时间：2020-08-08 08:29

【摘要】： 随着信息社会的来临,信息安全问题逐步成为了国家、企业、个人等信息拥有者的最关注的话题之一,其重要性不言而喻。作为信息载体的集成电路芯片本身也面临着越来越多的安全问题,以往认为的集成电路先天的保密性已经不复存在。作为常保存敏感数据的易失性存储器——SRAM一般被认为断电后其数据无法保存,但是随着技术的进步SRAM存在的数据安全问题不容忽视。研究与解决SRAM自身的安全性问题已经成为安全系统、安全存储的一个重要的发展方向。为了从根本上消除SRAM存在的安全性问题,本文首先分析了针对SRAM的各种攻击手段,找到了应对这些攻击手段的两种芯片级的解决方案;再针对方案其中之一的电源断电后在很短时间内利用芯片内部集成的电容上的能量将SRAM芯片中的数据全部改写的思路,按照模拟芯片的“自顶向下”的设计方法进行了系统结构的设计、功能电路的划分与底层模块电路设计。依据此解决方案,本论文重点研究了一种片上自建电源结构。在此结构中,本文设计了新型的低功耗带隙基准电路、攻击检测与直流双电源切换电路等功能电路并详细的叙述了设计过程,并给出了相应的仿真结果和分析。此外,本文还在不破坏原有SRAM功能电路基本结构的基础上,将断电改写电路“嵌入”其中,并针对测试设计了相应的功能检测电路来检测改写电路功能实现情况。本论文在此电路设计基础上,采用0.25μm CMOS制造工艺完成了此安全SRAM芯片的前端仿真验证与版图设计。对此安全SRAM芯片的前端仿真结果显示,芯片在外部电源断电的100ns内,能利用自建电源内存储的能量完成对所有存储单元的改写操作;另外,低功耗带隙基准与直流双电源切换的优化设计有效地提高了芯片在待机时的效率,达到了既定的设计要求。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN407;TP333
【图文】：

残留电荷,锁存,单元,数据

提出的两种思路做详细论述。 SRAM 锁存单元中的数据残留电荷的实现方法锁存单元存储数据的原理我们可以看到，不论者“1”，SRAM 的数据锁存单元的两个反相器辑信号，即其锁存单元的两个端点的电势差为一的由于存储电荷的残留，电势也是不同的。如果立一个低阻通路，那么 SRAM 锁存单元的两个端过物理攻击方法如光学读取或电磁攻击等分辨跃区域，即无法分辨存储单元中存储的是“0”残留信息被清除了，保证了 SRAM 的信息安全M 锁存单元中数据残留电荷实现方式如图 2-4清零开关”S 是断开的，不会影响到 SRAM 的读N4 开关断开），“清零开关”S 导通，在 Q 和和 QB 端储存的数据电荷“中和”掉。

存储数据,工作过程

图 2-5 改写 SRAM 存储数据的工作过程存储数据残留问题的思想，跟目前普遍采用器是有本质区别的。此类安全微控制器设计的全问题，当攻击者首先从外部断掉备用电源然法是无效的。而改写 SRAM 存储信息的设计技决 SRAM 存储数据残留的问题。此方法首先方法读取得到 SRAM 芯片中数据的企图；同物理攻击来探测芯片时，安全 SRAM 芯片就能过动态攻击手段获得机密数据的途径。两者数据的防攻击方式更具安全性。写芯片的系统设计思想叙述了两种防止 SRAM 数据残留的方法，这两

数字部分,系统框架

图 3-3 数字部分系统框架图此 SRAM 存储电路部分的读写数据过程如下：1）在读过程中，首先通过地址输入信号 AD0-AD5 选中某一行和某一列，从而确定待操作的存储单元，存储的差分电位数据通过位线 BL/BLB，依次经过 Selector 和Read _select 进行选择操作，再通过灵敏放大器 Sa 进行放大，最后通过 Read 模块将数据输出2）在写过程中，外部数据依次经过写入数据的 Write 模块以及选择存储单元模块24

【参考文献】