文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
一种基于改写策略的安全SRAM芯片的研究与设计
姓名:龙爽
申请学位级别:硕士
专业:软件工程
指导教师:刘政林
20090525
华中科技大学硕士学位论文
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, μm 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。

关键词:静态随机存储器,存储器安全,片上自建电源,直流双电源切换,低功耗带
隙基准
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
With the advent of the information society, information security issues have gradually
e most important issues for all the national, corporates and persons. Its importance is
self-evident. As an information carrier, the integrated circuit itself is also facing a growing
number of security issues. The birth confidentiality of integrated circuits is no longer valid.
SRAM which preservates important data as a regular of the volatile memory is generally
believed that it could not save data after power supply drops. But with technological
advances, SRAM data security can not be ignored. The research and solving security issues
of SRAM has e an important direction of security system.
Firstly, in order to eliminate the existence of SRAM security issues, this paper
analyzes all variety of attack means against SRAM, and finds two ways to address these
attacks on the chip-level solution, one of which is the use of on-chip capacitor internal
energy. The capacitor will be integrated in SRAM chip to reserve energy in or