基于FPGA的安全SRAM的测试系统的研究与设计

发布时间：2020-09-12 19:34

　　静态随机访问存储器(Static Random Access Memory,简写作SRAM),作为使用最为广泛的存储器之一,由于其高速低功耗的优良特性被广泛用,通常认为SRAM为易失性存储器,即断电后其内部存储的数据消失,但是随着SRAM断电后数据残留现象的发现及越来越多的攻击技术和手段的出现,SRAM所带来的信息安全隐患问题正受到越来越多的关注和研究。为了解决数据残留的问题,在常规SRAM中加入安全策略,对SRAM中的残留数据进行处理以保证信息安全,这就是安全SRAM. 本文基于安全SRAM的安全策略,从测试的角度,对其安全策略进行安全性验证。验证的关键是在对工作中的SRAM进行精确时间控制的模拟掉电,并验证安全策略是否起作用,对残留数据是否进行了处理。本文主要研究了对两种安全策略,即清零方式的安全策略和改写方式的安全策略的测试验证系统。本文设计的测试方案,采用两种验证方式:基于内建自测试电路的验证方式和基于外部读写功能的验证方式对安全策略进行验证。设计了以FPGA控制器为控制核心的测试系统的整体架构,并对测试平台进行搭建,完成详细的测试流程的设计。此外,本文还对测试过程中的测试算法进行了研究,设计了一种高效率、高稳定性的测试算法。最后,以Verilog语言对FPGA控制器进行实现,使用Modelsim对程序进行仿真。仿真结果显示系统能够完成两种安全策略的验证的功能需求,能够从内建自测试和基于外部读写功能两种方式对安全策略进行验证。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TP333.8
【部分图文】：

版图,正电荷,外电场,载流子浓度

将会逐渐消失。而且外电场的消失，富集在硅二氧化硅穴的扩散才能够被中和掉[16]。在上述的过程中，正电荷将诱导存储在 C1 上，使得 C1 上不断的积累正电荷，即使样便相当于在 SRAM 中存储了数据“1”，这便是数据残，使得 P 型衬底中的载流子浓度处处相同，达到动态平

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和 P 型沟道电阻的变化情况来表征。这是因为，对于闭沟道来说，电阻能在这个过程中减小得非常显著，而相比之下开沟道减小得非常少，几乎可以忽略的。另外还有其他的方式可以判断 SRAM 单元中的信息[20][21]，比如通过红外激光扫描测量 SRAM 存储器芯片表面产生的光电流的大小可以判断，且可以得到完整的SRAM 存储器中所存储信息的数据。其原理是活跃区域产生的光电流会更高，对所有SRAM 存储单元的扫描测量结果进行读取：可以看到其中存储数据“1”即高电平的存储单元，其顶部要亮一点，相比之下，存储数据“0”，即低电平的单元，其顶部则暗一些[22]。

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图 2-4 电磁探测法对 SRAM 六管单元的探测照片2.2 常见的 SRAM 安全隐患的解决方式通常解决 SRAM 安全隐患方式有以下几种：1.智能卡技术。智能卡技术即在系统内加入带有密钥的安全芯片，对数据总线程序进行加解密，从而保证外部总线的安全[26]。2.安全检测预警电路。在芯片内加入电压检测电路、温度检测电路、频率检测路、光敏检测电路，这些检测电路可以对芯片工作环境进行监控，当芯片外部工作境发生变化时发出预警[27]，这样可以避免不法份子对芯片采取不法手段获得非法息。3.物理防护。对系统内部总线、存储器等敏感电路加物理防护层，或者对芯片构进行改进，将内部存储有敏感数据的部分远离外部总线，避免从外部总线探测到据。4. 改进封装。对系统关键部分中的存储器采用 BGA 类封装，这样采用机械探

【参考文献】