12、纳米电子学与硬件安全：忆阻器的应用与挑战

纳米电子学与硬件安全：忆阻器的应用与挑战

1. 引言

近年来，多种纳米电子器件和电路技术崭露头角，成为未来集成电路持续发展的潜在途径。纳米电子学与传统CMOS技术的本质区别在于，其器件行为背后的物理原理与经典MOSFET晶体管有所不同。例如，薄膜金属氧化物忆阻器依赖于电迁移等物理状态变化，而这些在CMOS中可能被视为寄生效应。

尽管各类纳米电子器件各具特性，但多数技术存在一些共性特征，比如工艺参数的可变性是许多纳米级器件的常见特点。新兴的纳米电子系统要么需要应对这些纳米级问题，要么可以利用这些特性。

与此同时，硬件安全领域也备受关注。如今，集成电路（IC）设计师面临着一系列安全和信任问题，如IC造假、盗版、特洛伊木马插入以及潜在的侧信道攻击等。而通过在IC设计中引入唯一标识符，可以有效缓解这些硬件安全问题。这些用于增强硬件安全性的唯一标识符，往往依赖于集成电路中器件参数的固有可变性。因此，从这个角度来看，纳米电子器件的固有可变性在高密度安全原语的开发中具有潜在价值。

2. 硬件安全概述

自20世纪70年代中期以来，信息安全已从主要关注存储和传输数据的隐私，发展到涵盖信任、匿名性和远程真实性验证等方面。在这40年里，安全技术的应用场景也从保护大型计算机的物理场所，转变为保障轻量级、低成本、低功耗的移动电话、平板电脑和传感器等设备。同时，新的安全指标，如对物理和侧信道攻击的弹性，也应运而生。

2.1 信任威胁：IC盗版和造假

假冒和再循环电子产品行业不断发展。专家估计，全球约10%的科技产品包含假冒组件，这给美国半导体行业每年造成超过75亿美元的损失。甚至在美国国防部的供应链中，也有超过一百万个组