3、利用FRAM内存提升物理安全：新技术带来新解决方案

利用FRAM内存提升物理安全：新技术带来新解决方案

1. 引言

在密码学设计中，防范侧信道攻击是一项极具挑战性的任务，特别是对于资源受限的低成本嵌入式设备而言。常见的防范措施包括掩码和混洗，但这些措施的实际安全级别高度依赖硬件假设，且可能带来显著的性能开销。近年来，一些研究试图将可证明安全的保证从算法和协议扩展到实现，但这些解决方案往往受限于不切实际的硬件假设和较大的性能开销。

主流的闪存（Flash）在用于密码操作时存在写操作慢、能耗高以及可擦写次数有限的问题。而铁电随机存取存储器（FRAM）为这些问题提供了解决方案。本文将探讨FRAM是否可作为一种技术手段，提升受保护实现的性能和安全性。

2. 背景

2.1 FRAM微控制器

传统的非易失性存储解决方案，如闪存（Flash）和电可擦可编程只读存储器（EEPROM），存在编程时间长、编程位单元需要高电压、电荷泵开销大以及高电流供应等问题，不适用于需要频繁数据记录或超低功耗写操作的应用。

FRAM结合了非易失性存储器的优点，具有更快的写入速度（例如，130纳米德州仪器（TI）的FRAM技术在MSP430FR设备中，每64位字的写入时间为125纳秒）、更低的功耗（同一技术下，活动功率为82微安/兆赫兹）以及近乎无限的擦写循环次数（10¹⁵次）。

FRAM通过铁电晶体中的稳定电偶极子存储信息，其位单元结构有1T - 1C和2T - 2C两种模式。读取FRAM数据时，通过在板线上施加电压，根据电容内偶极子是否翻转产生不同的电荷，由感测放大器测量差异。需要注意的是，FRAM的读取是破坏性的，需要刷新过程，但该过程由控制器自动完成，对用户透明。