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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的物理不可克隆函数与硬件安全机制.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的物理不可克隆函数与硬件安全机制
摘要
随着存算一体芯片在边缘AI和物联网场景中的大规模部署，芯片的硬件安全问题日益突出——包括模型权重被窃取、计算过程被篡改和芯片身份被伪造等风险。本文利用存算一体芯片中RRAM器件的固有工艺偏差，设计了一种面向存算一体芯片的物理不可克隆函数（PUF）和硬件安全机制，通过RRAM的电阻值随机性生成唯一的芯片身份标识，通过在模拟计算阵列中嵌入安全计算单元实现数据的加密推理，在不增加额外硬件开销的前提下，为存算一体芯片提供了轻量级、高安全性的硬件安全解决方案。
一、存算一体芯片的安全威胁分析
1.1 模型权重窃取
存算一体芯片的模型权重存储在RRAM或MRAM阵列中，攻击者可通过物理探针、侧信道分析或故障注入等手段窃取权重数据。一旦权重被窃取，攻击者可以复制模型功能，或者通过分析权重推断训练数据集的隐私信息。在边缘AI场景中，模型权重通常是芯片厂商的核心知识产权，权重的泄露将导致严重的经济损失和安全风险。
1.2 计算过程篡改
攻击者可以通过电磁干扰、电源噪声注入或激光照射等方式，篡改存算一体芯片的计算过程，使推理结果偏离正确值。例如，在自动驾驶场景中，攻击者可以通过篡改目标检测结果，使车辆无法识别前方障碍物，导致严重的安全事故。计算过程的篡改攻击难以检测，且不需要物理接触，远程即可实施。
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