5、忆阻器及其应用：原理、类型与安全应用探索

忆阻器及其应用：原理、类型与安全应用探索

1. 引言

在当今硬件与信息技术高度互联的时代，硬件和软件安全面临着更为严峻的挑战。传统上，互补金属 - 氧化物 - 半导体（CMOS）技术在硬件安全领域得到了较多发展，但新兴技术为硬件安全概念的推进带来了新机遇。纳米电子设备能够制造出高速、低功耗且更耐用的小型计算系统，忆阻技术在安全处理密钥方面表现出了潜力，近年来，忆阻器在硬件安全应用中的价值逐渐得到认可。

电子学中有电阻器、电容器和电感器这三个基本元件，它们可用于定义电路中的电流（I）、电荷（q）、电压（V）和磁通量（φ）四个基本变量。电阻器定义电压与电流的关系，电容器定义电荷与电压的关系，电感器定义电流与磁通量的关系，但此前没有元件能定义电荷与磁通量的关系。1971 年，蔡教授提出了“忆阻器”这一基本电路元件，其数学表达式为 dφ = Mdq，其中 M 是忆阻器的忆阻，磁通量 φ 是通过忆阻器的电荷 q 的函数。由于 v = dφ/dt 和 i = dq/dt，可得 v(t) = M × (q(t)) × i(t)。忆阻器的电阻取决于通过其端子的电荷量，即使电源断开，它也能保留最后施加的电压或通过的电荷信息，因此被称为忆阻器（memory + resistor）。

忆阻器的符号已被广泛接受，各基本变量与元件的关系如下表所示：
| 序号 | 定义 | 单位 | 关系 |
| — | — | — | — |
| 1 | 电阻（R） | 欧姆 | dv = Rdi |
| 2 | 电感（L） | 亨利 | dφ = Ldi |
| 3 | 电容（C） | 法拉 | dq = Cdv |
| 4 | 电流（i） | 安培 | dq