• 安全静态随机访问存储器(SRAM)的研究与设计 / 邹雪城教授

    2020-07-17 13:20:44

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    在研究通用的静态随机访问存储器(SRAM)的基础上,研究低成本高安全性SRAM的结构以提高SRAM的抗攻击性能,同时,仍然保留SRAM低功耗高带宽的优点。本课题的目标是针对高安全性SRAM的可信设计和抗攻击机制研究,重点是从电路设计上彻底解决通用SRAM 在掉电情况下的信息残留问题,达到从物理层面上防止SRAM存储的机密信息被攻击的目的。为此,本课题基于90nm标准 CMOS混合信号工艺技术,提出了两种可以彻底解决SRAM信息残留问题的设计方法- - 消除6-管SRAM锁存单元中的数据电荷的方法和清零或改写SRAM存储信息的方法。这两种设计方案具有电路拓扑结构简单、易于与SRAM集成的优点。本课题的研究成果可以为安全SRAM的设计和实现提供理论基础,将对金融、国防和军事等领域的信息安全产生积极而重要的影响。    



    本课题主要的创新之处体现在以下三个方面:

    1) 6 SRAM 存储单元中用低阈值器件或者本征器件来设计一个可以消除 SRAM信息残留的“清零开关”。在正常工作情况下,它可以很好的断开,不影响 SRAM的读写操作;在掉电的情况下,它是一个闭合的低阻开关,可将 SRAM 单元中的数据电荷“中和”掉。这种防攻击设计技术属国内外首创,它具有电路拓扑结构简单、易于集成和对 SRAM 集成密度的影响甚微等优点。

    2) 将安全 SRAM 微控制器的防攻击设计技术的系统思想应用到安全 SRAM 的电路设计中,使 SRAM 信息不可被攻击。其电路拓扑结构就是在通用的 SRAM 中集成了内建电源模块电路和防攻击检测与控制模块电路。对集成电容和电感进行优化设计,设计高能效的自建电源模块电路是本课题关键创新点之一。

    3) 为了充分利用有限的自建电源能量,避免 SRAM 清零过程中的动态功耗,在防攻击控制模块电路中添加了二选一电路。当 SRAM 掉电时,二选一电路把 SRAM 的清零操作切换到防攻击控制电路来控制,这样就避免了 SRAM 读写控制电路的动态功耗。这也是本课题关键创新点之一。

    本项目由国家自然科学基金项目(No. 60973035安全静态随机访问存储器(SRAM)的研究与设计支持。


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