[发明专利]认证铁电随机存取存储器(F-RAM)装置和方法

说明书

相关申请

本发明要求2011年2月4日提交的第61/439696号美国临时申请的优先权，出于各种目的，该临时申请的全部内容通过引用并入本文，如同在本文中对其做了充分阐述。

版权声明/许可

本专利文献的一部分公开内容包括受版权保护的资料。版权所有人不反对任何人传真复制专利公开的专利文献，因为其出现在美国专利商标局的专利文件或专利资料中，但是，版权所有人保留所有版权。下列声明适用于下文描述的软件和数据(适当的情况下包括附图)：2010瑞创国际公司(RamtronInternational Corporation)。

技术领域

本发明大体涉及铁电随机存取存储器(F-RAM)集成电路装置和包括F-RAM存储器阵列的装置的领域。更具体地，本发明涉及F-RAM认证存储装置和在主机系统和存储器之间提供安全的相互认证以获得对F-RAM用户存储器内容进行读/写访问的方法。

背景技术

目前可以使用各种类型的存储技术，包括利用易失性动态存储单元架构实现的动态随机存取存储器(DRAM)装置，通常每一单元包括单独的晶体管和电容器。它们“易失性”是因为存储内容在断电时丢失，它们“动态”是因为它们必须不断地更新以保持单元电容器中的电荷。

另一方面，利用易失性静态存储单元架构设计静态随机存取存储器(SRAM)装置。它们被看作是“静态”的，这是因为存储单元的内容不需要更新并且只要向所述装置供电则存储内容可以恒常保持。SRAM的单独的存储单元一般包括简单的、基于双稳态晶体管的锁存器，该锁存器利用四个、六个或更多的晶体管且根据写入它的数据的状态而被置位或复位。SRAM提供比DRAM小得多的读访问时间和写访问时间。

除了DRAM存储器和SRAM存储器之外，目前还使用各种类型的非易失性存储装置，通过非易失性存储装置，数据可以在不持续供电的情况下保持。例如，非易失性存储装置包括浮栅器件，比如可擦可编程只读存储器(“EPROM”)装置，包括电可擦除(“EEPROM”)装置和闪存。虽然提供非易失性数据存储，但它们相对长的访问时间(尤其是它们非常长的“写”时间)使它们在用在某些应用中具有明显的缺点。

相比之下，铁电随机存取存储器(F-RAM)装置(比如从作为为本发明的受让方的瑞创国际公司得到的铁电随机存取存储器(F-RAM)装置)通过使用铁电介电材料而提供了非易失性数据存储，所述铁电介电材料可以在一个方向或另一方向中被极化以存储二进制值。铁电效应实现了在不存在施加电场的情况下保持稳定的极化，这是因为内部偶极子排列在该介电材料中的钙铁矿型晶体内。在操作中，F-RAM装置通常表现出对称的读/写时间，且写时间比EPROM、EEPROM或闪存的写时间短。

关于认证存储装置，浮栅非易失性存储器的相对较长的写时间可以导致关键安全参数(CSP)更新较不安全，因为当CSP更新交托给非易失性存储器时，有多得多的时间来干预CSP更新。由于其写时间短，则利用F-RAM明显地缩短了可用来干预CSP更新的时间。

而且，浮栅非易失性存储器表现出非常差别性的写相对于读的电流分布，该分布能够用在旁路攻击中以试图损害CSP。相比之下，F-RAM的写相对于读的电流特征得到平衡。而且，与F-RAM装置的擦除周期相比，浮栅存储技术的擦除周期固有地长。

发明内容

本文公开的认证F-RAM存储装置仅允许在利用建立的认证过程将该装置正确地认证之后才访问存储器内容。所公开的认证过程利用存储在非易失性铁电存储器(F-RAM)中且被称为关键安全参数或CSP的安全加密密钥、密码和主机/用户ID。现有的认证协议通常需要比本文公开的技术多得多的处理功率或者对安全性有损害。相比之下，本发明的独特的装置和技术仅利用高级加密标准AES128加密模块以及随机数产生器和基本异或(XOR)函数，以实现处理量相对小的安全算法。

根据所公开的代表性实施方式，该认证过程可以允许两个角色，一个角色是在成功认证之后仅能访问存储器的标准用户，另一个是除了访问存储器还可改变或锁定CSP的管理员。本发明的装置可以配置成：在一定时间段期满后、已执行一定数目的访问之后或者上述两种情况的结合，要求再认证。主机还可通过控制寄存器而在任何时刻结束成功认证。该配置可以由管理员配置。