Caractérisation sécuritaire des mémoires magnétiques MRAM

Secure Charactrization of Magnetic Memories MRAM

• Auteur / Autrice : Thomas Sarno
• Direction : Assia Tria
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microélectronique
• Date : Soutenance le 22/10/2015
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Crocus Technology
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Microélectronique de Provence - Site Georges Charpak (CMP-GC)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Portal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Assia Tria, Jean-Michel Portal, David Naccache, Lionel Torres, Anne-Lise Ribotta, Philippe Collot, Bruno Mussard, Ali Alaoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Naccache, Lionel Torres

Mots clés

Mots clés contrôlés

Impulsions électromagnétiques

Champs magnétiques

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Ordinateurs -- Mémoires magnétiques

Mots clés libres

MRAM

Attaques physiques

Fuites électromagnétiques

Champ magnétique

Impulsions électromagnétiques

TAS-MRAM

MRAM

Physical attacks

Electromagnetic leakage

Magnetic field

Electromagnetic pulses

TAS-MRAM

Résumé

La MRAM est une technologie de mémoire non-volatile émergente, elle a la particularité de stocker les données sous forme d’orientations de moments magnétiques. Ses performances sont intéressantes et surpassent les technologies actuelles sur plusieurs aspects. Crocus Technology développe une nouvelle génération de MRAM, les TAS-MRAM (pour ThermallyAssistedSwitching MRAM). Ces MRAM ont la particularité d’effectuer les opérations d’écritures à hautes températures, améliorant ainsi la consommation électrique et facilitant sa réduction d’échelle. Les TAS-MRAM sont développées pour des applications sécuritaires ou critiques, cependant la technologie MRAM utilise des principes physiques liés aux interactions magnétiques qui sont relativement peu étudiés en termes de sécurité du composant.L’objet du travail de cette thèse est d’évaluer les potentielles faiblesses de sécurité pour cette technologie. En particulier la capacité des MRAM à garantir l’intégrité et la confidentialité des informations qui sont stockées a été étudiée. Ce travail est divisé en deux parties, une première partie est consacrée à l’analyse de la résistance des MRAM aux attaques physiques avec un focus tout particulier sur l’étude des effets des champs magnétiques sur l’écriture, la lecture et la rétention des données ainsi que les différentes solutions envisagées pour réduire ces effets. Une étude des effets de la température a également été réalisée. L’autre partie du travail porte sur l’étude des émissions électromagnétiques et l’analyse de plusieurs méthodes pour retrouver le poids de Hamming des données manipulées par la mémoire et de ce fait en extraire de potentiels secrets ou données sensibles.

MRAM (magnetoresistive RAM) is an emergent non-volatile memory technology; it has the particularity to store data in magnetic moments orientations. It has very interesting characteristics that overwhelm mature technologies on several points. Crocus Technology is developing a new MRAM technology called TAS-MRAM (for Thermally Assisted Switching). During write operations, this new MRAM technology uses a current to heat the memory cell. This reduces the power consumption and makes scalability easier. TAS-MRAM are developed for secure or critical applications but this technology relies on spintronic, a field of physics not much studied for electronics security.This work aims to evaluate potential security weaknesses of this technology. More specifically the memory capacity to guarantee data confidentiality was studied. This work was divided in two parts; one part is dedicated to the analysis of MRAM resistance against physical perturbations, with a special focus on magnetic fields (both static and pulsed) effects on read and write operations as well as their effects on data retention. Various methods to reduce these effects were tested and compared. The effect of high temperature was also studied.The second part focuses on the analysis of electromagnetic emissions of the MRAM components during its operations. Methods to retrieve the Hamming weight of data written in the memory are exposed and compared.