【摘 要】
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近年来,针对硬件的攻击如冷启动攻击这类针对嵌入式计算设备中内存的攻击不断出现,严重威胁嵌入式计算设备的安全。在这类攻击中,攻击者利用特殊工具对嵌入式计算设备的内存进行物理访问,就能获取到内存中的秘密数据。为此,本文提出一种基于物理不可克隆函数（PUF）的安全存储结构。该结构利用PUF为加密算法生成安全密钥,并针对嵌入式微处理器具体应用进行结构优化,从而使嵌入式微处理器能够抵抗多种针对内存的物理攻击
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近年来,针对硬件的攻击如冷启动攻击这类针对嵌入式计算设备中内存的攻击不断出现,严重威胁嵌入式计算设备的安全。在这类攻击中,攻击者利用特殊工具对嵌入式计算设备的内存进行物理访问,就能获取到内存中的秘密数据。为此,本文提出一种基于物理不可克隆函数（PUF）的安全存储结构。该结构利用PUF为加密算法生成安全密钥,并针对嵌入式微处理器具体应用进行结构优化,从而使嵌入式微处理器能够抵抗多种针对内存的物理攻击。论文以RISC-V架构嵌入式微处理器的一种开源实现Ariane为例,研究并实现了基于PUF的安全存储结构。其中,安全加密单元将RISC-V物理内存保护机制与基于PUF的加密方案相结合,实现了安全存储区域的灵活配置。安全密钥生成单元则利用基于BCH编码的模糊提取机制,实现从存储器PUF中生成稳定、安全的加密密钥。使用Verilog硬件描述语言对安全存储设计进行了实现,并通过仿真工具进行了仿真。仿真结果表明,安全加密单元和安全密钥生成单元功能正确,符合预期要求。使用FPGA开发板对安全存储设计进行了评估。评估结果表明,新增加的安全加密单元和安全密钥生成单元综合后面积开销仅占10%,造成的性能损失为10.7%,以少量的性能和资源开销,为嵌入式微处理器换来更高的安全性。
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