基于逻辑阻变非挥发存储的安全密钥芯片研究

当今时代，信息加密技术已成为保护敏感信息的重要手段，但其有效的前提是保证密钥的安全性。由于密钥的重要地位，针对密钥的攻击手段不断升级，仅从逻辑层加以防护已无法抵挡来自物理层的直接攻击，这使得密钥存储器的物理安全性成为迫切需求。本课题研究基于标准逻辑阻变存储的信息安全密钥存储芯片设计，该存储芯片将具备抗反向解剖攻击、抗旁道攻击、抗数据拦截、抗恶意篡改的高安全特征，采用标准逻辑工艺的特征使其跟加密逻辑集成在一起，更具备成本和性能优势。本课题将结合存储芯片设计与测试、抗物理攻击分析验证来实现以上创新想法和优越性。本课题的研究成果可以直接集成于当前广泛应用的加密硬件平台中，整体提升信息系统的安全等级，因而具有重要的研究价值和应用前景。

本课题研究了基于逻辑阻变存储器(RRAM)的信息安全密钥芯片的关键技术，该芯片具备抗物理攻击、抗旁路攻击、抗篡改攻击、抗拦截攻击的高安全特征，同时可与逻辑电路直接集成，具备以低成本显著提高信息系统安全性的潜力。本课题分析了逻辑RRAM抗物理攻击的理论机制，并基于反向工程和TEM实验加以印证；设计了对称式存储单元和无参考电压读机制，消除了读0和读1的信号差异，消除了旁路攻击的风险，并模拟了旁路攻击实验来验证。设计了带反馈的一次编程写机制，并具备模拟多次编程能力，有效防止改写风险，同时具备更新密钥以进一步提高安全性的能力；设计了自适应写操作和读操作算法，有效克服阻变存储器阻值分散性所带来的一致性问题，更加适应于嵌入式密钥存储应用。在0.13um标准逻辑工艺上对以上创新技术进行了实现，测试结果验证了以上创新点。