[发明专利]用于控制DRAM中的数据刷新的装置和方法

说明书

一种装置2包括用于存储数据的动态随机访问存储器(DRAM)6。刷新控制电路10被提供以控制DRAM6周期性地执行用于刷新存储在DRAM6的每个存储器位置中的数据的刷新周期。刷新地址序列生成器12生成地址的刷新地址序列，该序列标识DRAM6的存储器位置在刷新周期期间被刷新的次序。为了防止对存储在DRAM6中的安全数据的差分功率分析攻击，按照因刷新周期而异的随机次序用存储器位置的至少一部分的地址生成刷新地址序列。

技术领域

本发明涉及动态随机访问存储器(DRAM)的领域。更具体而言，本发明涉及用于控制DRAM中的数据的刷新的技术。

背景技术

随机访问存储器(DRAM)是一种存储器，其中存储在该存储器中的数据必须被周期性地刷新以避免数据的丢失。常见形式的DRAM利用电容器来存储数据。电容器可以被置于放电状态或充电状态以表示位值0或1。由于电容器随时间的推移会泄漏电荷，所以利用电容器存储的数据将会褪去，除非电容器周期性地被刷新。

在本申请中，术语“动态随机访问存储器”和“DRAM”被用来指代需要其数据被周期性刷新以避免数据丢失的任何类型的存储器(不管数据是用电容器还是用其它类型的存储元件存储的)。

DRAM被越来越多地用于存储安全数据和安全程序代码。尤其是在DRAM被集成到与DRAM所关联的处理逻辑相同的片上系统或封装中的系统中。例如，3D集成的DRAM可以被用在具有多个堆栈层的片上系统中。通过将DRAM与外部世界隔离，使得攻击者更难探测到DRAM与处理逻辑之间的接口，因此数据可以更安全地被保存在DRAM中。

本发明的技术希望提高存储在DRAM中的安全数据的安全性。

发明内容

从一个方面来看，本发明提供了一种装置，该装置包括：

用于存储数据的动态随机访问存储器(DRAM)；

刷新控制电路，该刷新控制电路被配置为控制所述DRAM周期性地执行刷新周期用于刷新存储在所述DRAM的每个存储器位置中的数据；

刷新地址序列生成器，该刷新地址序列生成器被配置为生成地址的刷新地址序列，该刷新地址序列标识所述DRAM的存储器位置在所述刷新周期中被刷新的次序；

其中所述刷新地址序列生成器被配置为以因刷新周期而异的随机次序利用所述存储器位置的至少一部分的地址生成所述刷新地址序列。

本发明的技术意识到DRAM的内容可能容易受到诸如差分功率分析(DPA)之类的安全攻击。DPA是一种有力的攻击，该攻击利用对电路的功耗的观察来至少部分地诱导出保密信息。例如，DPA已被用于从加密引擎中提取密钥。为了实现DPA，攻击者探测电路的电源管脚或接地管脚并且观察在一段时间内电路的功耗。由于功耗会随着被处理的数据值而有些许的变化，统计方法可以被用于破解保密信息，而不需要了解电路正在执行的算法。即使保密信息不能利用DPA被完全确定，DPA也可以被用于诱导出部分信息(例如一个值是否包含几乎都为0或几乎都为1的位值)，这使得保密信息的一些可能值可以被去除，提高蛮力攻击的成功概率，所述蛮力攻击尝试保密信息的每个可能值以试图破解信息的真实值。因此，DPA可以被用于分析DRAM的安全内容。

本发明的技术意识到DRAM的刷新操作提供了差分功率分析攻击者可以利用的安全隐患。由于刷新操作是周期性的，DPA攻击者可以通过寻找功率消耗中的重复模式来相对容易地推测出功耗形态中的哪些部分与刷新操作相对应。而且，由于DRAM的存储器位置通常按可预测的顺序被刷新，DPA攻击者可以很容易地将在刷新周期期间中不同时间消耗的功率分布到各个DRAM存储器位置，以获得关于DRAM的内容的信息。