[0036]S101，將賽道存儲(chǔ)器陣列劃分為多個(gè)預(yù)設(shè)大小的加密區(qū)域，以作為加密存儲(chǔ)的基本單位，并為每個(gè)加密區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的加密密鑰Shift-key。
[0037]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)預(yù)設(shè)大小的加密區(qū)域包括128條Racetrack,每條Racetrack包含64個(gè)DW及數(shù)據(jù)位。
[0038]具體地，RM既可以用做片上緩存，也可以用作主存儲(chǔ)器。本發(fā)明實(shí)施例的方法首先把RM陣列劃分為固定大小的邏輯加密區(qū)域即存儲(chǔ)區(qū)域(例如，每個(gè)區(qū)域包含128條Racetrack,每個(gè)Racetrack包含64個(gè)DW及數(shù)據(jù)位)作為加密存儲(chǔ)的基本單位。
[0039]S102，在系統(tǒng)初始化時(shí)，為每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域生成一個(gè)基于隨機(jī)數(shù)的Shift-key作為存儲(chǔ)區(qū)域的加密密鑰，存在易失的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中。具體而言，在系統(tǒng)初始化時(shí)，為每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域生成一個(gè)基于隨機(jī)數(shù)的Shift-key，以作為存儲(chǔ)區(qū)域的加密密鑰，保存在易失的SRAM (Static Random Access Memory，靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)上，一旦系統(tǒng)掉電或被盜竊時(shí)密鑰全部丟失，以此保護(hù)非易失存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)。
[0040]另外，系統(tǒng)初始化時(shí)，將冗余數(shù)據(jù)區(qū)域上寫入隨機(jī)數(shù)據(jù)，防止攻擊者通過(guò)分析冗余數(shù)據(jù)位而破解移位密鑰，并且密鑰生成完畢后，將每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域按照密鑰進(jìn)行移位加密。
[0041]需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，Shift-key的長(zhǎng)度可調(diào)，例如可以是128位、256位或384位，不同的密鑰長(zhǎng)度體現(xiàn)不同的加密強(qiáng)度。具體地，密鑰寬度為1時(shí)，密鑰長(zhǎng)度為128位，Racetrack的加密移位有兩個(gè)狀態(tài):不動(dòng)，或右移一位；密鑰寬度為2時(shí)，密鑰長(zhǎng)度為256位，Racetrack的加密移位有4個(gè)狀態(tài):左移一位、不動(dòng)、右移一位或右移兩位；密鑰寬度為3時(shí)，密鑰長(zhǎng)度為384位，Racetrack的加密移位有8個(gè)狀態(tài):左移三位、左移兩位、左移一位、不動(dòng)、右移一位、右移兩位、右移三位、右移四位。
[0042]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的方法還包括:在每個(gè)加密區(qū)域的Racetrack兩端設(shè)置冗余DW，以容納由于移位加密而溢出的數(shù)據(jù)位。例如，密鑰寬度為1時(shí)，需要在右端留出一列DW ;密鑰寬度為2時(shí)，需要在左端留出一列DW，右端留出兩列DW ;密鑰寬度為3時(shí)，需要在左端留出三列DW，右端留出四列DW。
[0043]S103，在密鑰生成完畢后，將每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域按照密鑰進(jìn)行移位加解密。
[0044]即言，利用RM的移位特性進(jìn)行數(shù)據(jù)加解密，加解密操作在若干時(shí)鐘周期內(nèi)完成，在保證數(shù)據(jù)安全性的同時(shí)保證了運(yùn)算效率。
[0045]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用RNG(Random Number Generator，隨機(jī)數(shù)生成器)例如FN(Feistel Network，費(fèi)斯泰爾密碼網(wǎng)絡(luò))將明文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為隨機(jī)數(shù)據(jù)，防止攻擊者通過(guò)寫入格式化數(shù)據(jù)而破解出移位密鑰。
[0046]具體地，將有規(guī)律的數(shù)據(jù)充分打散，防止攻擊者通過(guò)寫入格式化數(shù)據(jù)而破解出Shiftkey，例如使用4級(jí)FN，F(xiàn)N的key在系統(tǒng)初始化時(shí)產(chǎn)生并存儲(chǔ)在SRAM中。
[0047]其中，將格式化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為隨機(jī)數(shù)的方法有很多種，在本發(fā)明實(shí)施例中以但不限于4級(jí)FN網(wǎng)絡(luò)作為實(shí)現(xiàn)方法。
[0048]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域按照密鑰進(jìn)行移位加密，進(jìn)一步包括:寫數(shù)據(jù)時(shí)，首先按照Shift-key將目標(biāo)存儲(chǔ)區(qū)域的數(shù)據(jù)移回并對(duì)齊，然后將明文數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器，最后按照Shift-key移位，將該存儲(chǔ)區(qū)域加密；讀數(shù)據(jù)時(shí)，首先按照Shift-key將該目標(biāo)存儲(chǔ)區(qū)域的數(shù)據(jù)移回并對(duì)齊，然后讀取明文數(shù)據(jù)，最后按照Shift-key移位，將該存儲(chǔ)區(qū)域加密。具體而言，寫數(shù)據(jù)時(shí)，首先按照Shift-key將目標(biāo)存儲(chǔ)區(qū)域的數(shù)據(jù)移回并對(duì)齊，同時(shí)將明文輸入FN網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成隨機(jī)數(shù)，然后將其寫入存儲(chǔ)器，最后按照Shift-key移位，將該存儲(chǔ)區(qū)域加密；讀數(shù)據(jù)時(shí)，首先按照Shift-key將該目標(biāo)存儲(chǔ)區(qū)域的數(shù)據(jù)移回并對(duì)齊，然后讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)輸入FN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逆運(yùn)算得到明文，最后按Shift-key移位，將該存儲(chǔ)區(qū)域加密。
[0049]其中，在讀寫過(guò)程中，利用賽道存儲(chǔ)器的Shift特性進(jìn)行加密。特別地，數(shù)據(jù)因需要尋址而進(jìn)行的移位操作與加解密需要的移位操合并，一次性完成。由于賽道存儲(chǔ)器的Shift操作可以在若干個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，因此數(shù)據(jù)加解密過(guò)程的開銷也在幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，如果采用在Racetrack兩端加不同電壓從而使得不同Racetrack同時(shí)完成移位的技術(shù)，那么一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域的尋址和加解密操作可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。
[0050]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面以一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行詳細(xì)贅述。
[0051]在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例以加密區(qū)域?yàn)榛締挝唬總€(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)加密密鑰，加密區(qū)域可大可小，通常一個(gè)加密區(qū)域包含多個(gè)Racetrack條帶，一個(gè)Racetrack條帶包含多個(gè)數(shù)據(jù)位。本發(fā)明實(shí)施例把賽道存儲(chǔ)器陣列劃分為固定大小的加密區(qū)域作為加密存儲(chǔ)的基本單位，并為每個(gè)加密區(qū)域設(shè)置一個(gè)定長(zhǎng)的獨(dú)立的加密密鑰(例如，每個(gè)區(qū)域包含128條Racetrack，每個(gè)Racetrack包含64個(gè)數(shù)據(jù)位，區(qū)域大小為1KB，密鑰寬度為1，密鑰長(zhǎng)度為128位)。
[0052]其中，加密密鑰統(tǒng)一存儲(chǔ)在易失存儲(chǔ)器SRAM中，一旦掉電時(shí)密鑰丟失，RM存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)被保護(hù)。加密密鑰占用的易失存儲(chǔ)空間與密鑰的寬度相關(guān)，當(dāng)密鑰寬度較小時(shí)，密鑰占用存儲(chǔ)空間較小，當(dāng)密鑰寬度較大時(shí)，密鑰占用存儲(chǔ)空間也較大。
[0053]需要說(shuō)明的是，參照?qǐng)D2所示，數(shù)據(jù)未加密前，多條Racetrack條帶是對(duì)齊的，此時(shí)縱向存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是明文。該區(qū)域的所有Racetrack按照密鑰的數(shù)據(jù)位進(jìn)行移位以后，原本縱向存儲(chǔ)在Racetrack上的數(shù)據(jù)因而改變了狀態(tài)，成為密文。因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫時(shí)，需要按照密鑰進(jìn)行反方向移位解密后才可獲取明文。
[0054]可選地，密鑰可以設(shè)置不同的寬度，對(duì)應(yīng)不同的密鑰長(zhǎng)度，也對(duì)應(yīng)不同的加密強(qiáng)度。
[0055]參照?qǐng)D3所示，圖中(a)、(b)與(c)所示分別顯示了密鑰寬度為1、2、3時(shí)，存儲(chǔ)區(qū)域的數(shù)據(jù)移位加密后的情況。圖中虛線位置是數(shù)據(jù)未加密時(shí)Racetrack對(duì)齊的狀態(tài)，此時(shí)存取區(qū)域中縱向存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為明文；深灰色方塊表示原在虛線位置的數(shù)據(jù)位按照移位密鑰進(jìn)行移位后的新位置，此時(shí)存取區(qū)域中縱向存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)變?yōu)槊芪摹?br>[0056]當(dāng)密鑰寬度為1時(shí)，密鑰長(zhǎng)度為128位，對(duì)應(yīng)該位的Racetrack的加密移位有兩個(gè)狀態(tài):不動(dòng)，或右移一位；如圖2所示的加密密鑰是“011010000.。。。10”，在進(jìn)行移位加密時(shí)，“0”表示該Racetrack不動(dòng)，“1”表示該Racetrack向右移動(dòng)1位。同樣的，當(dāng)密鑰寬度為2時(shí)，密鑰長(zhǎng)度為256位，對(duì)應(yīng)該位的Racetrack的加密移位有4個(gè)狀態(tài):左移一位“00”、不動(dòng)“01”、右移一位“ 10”或右移兩位“ 11”;密鑰寬度為3時(shí)，密鑰長(zhǎng)度為384位，對(duì)應(yīng)該位的Racetrack的加密移位有8個(gè)狀態(tài):左移三位“000”、左移兩位“001”、左移一位“010”、不動(dòng)“011 ”、右移一位“ 100”、右移兩位“101 ”、右移三位“ 110”、右移四位“ 111 ”。
[0057]需要說(shuō)明的是，該移位加密方法要求賽道存儲(chǔ)器陣列在設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)Racetrack在兩端留出相應(yīng)的冗余Domain Wall (圖3中淺灰色部分)，用來(lái)存儲(chǔ)因?yàn)橐莆患用芏a(chǎn)生的數(shù)據(jù)位溢出。密鑰寬度為1時(shí)，需要在右端留出一個(gè)Domain Wall ;密鑰寬度為2時(shí)，需要在左端留出1個(gè)Domain Wall，右端留出2個(gè)Domain Wall ;密鑰寬度為3時(shí)，需要在左端留出3個(gè)Domain Wall，右端留出4個(gè)Domain Wall ;這是該移位加密方法對(duì)賽道存儲(chǔ)器造成的面積開銷。面積開銷同樣與密鑰的寬度相關(guān)，當(dāng)密鑰寬度較小時(shí)，面積開銷較小，當(dāng)密鑰寬度較大時(shí)，面積開銷也較大。
[0058]進(jìn)一步地，參照?qǐng)D4所示，其描述了 4級(jí)FN網(wǎng)絡(luò)的變換方法，其中，將明文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為隨機(jī)數(shù)的方法有很多種，本發(fā)明實(shí)施例以4級(jí)FN網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行說(shuō)明，但不僅限于4級(jí)FN網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)在寫入存儲(chǔ)器之前，使用4級(jí)FN網(wǎng)絡(luò)將明文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為隨機(jī)數(shù)，有規(guī)律的數(shù)據(jù)將被充分隨機(jī)化，防止攻擊者通過(guò)寫入格式化數(shù)據(jù)而破解出Shift