单晶体管非易失性存储器的原位加密，无密度损失
密码学与安全
2025-12-04 v1 硬件体系结构
新兴技术
摘要
非易失性存储器（NVM）具有可忽略的漏电极耗、高集成密度和数据保持等优点，但其非易失性也带来了数据暴露的风险。诸如高级加密标准（AES）等传统加密技术会带来较大的面积开销和性能损耗，因此推动了轻量级基于异或（XOR）的原位加密方案的发展，这些方案具有低面积和低功耗需求。本工作提出了一种超密集的单晶体管加密单元，使用铁电FET（FeFET）器件，据我们所知，这是首个消除基于XOR方案中每加密单元需要两个存储器件要求的方案，使得加密存储阵列能够保持与未加密阵列相同的存储器件数量。其核心思想是一种基于存储器的单FeFET异或方案，其中密文被编码在器件阈值电压中，并利用FeFET的方向依赖电流流动实现单周期解密；消除互补位存储也去除了两次写入周期的需求，从而实现更快的加密。我们将该方案扩展到多级单元（MLC）FeFET，以在每个晶体管中存储多位。我们通过仿真和实验评估验证了所提出的方案。对128×128位阵列的分析显示，加密/解密吞吐量是先前FeFET工作的2倍，是AES的45.2倍/14.12倍，而使用神经网络基准的应用级评估表明，与先前基于FeFET的方案和基于AES的方案相比，平均延迟分别降低了50%和95%。
引用
@article{arxiv.2512.03461,
title = {In-Situ Encryption of Single-Transistor Nonvolatile Memories without Density Loss},
author = {Sanwar Ahmed Ovy and Jiahui Duan and Md Ashraful Islam Romel and Franz Muller and Thomas Kampfe and Kai Ni and Sumitha George},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.03461},
year = {2025}
}