閃存FPGA防范駭客篡改資料 - 基于閃存的FPGA添臂力　便攜式醫(yī)療設備可靠度大增

　　防范駭客篡改資料　閃存FPGA立大功

　　現(xiàn)今新一代的FPGA元件還提供重要的安全特性，以確保醫(yī)療設備可進行合法的升級。由于便攜式醫(yī)療設備常處于被竊、偽造、售后市場篡改和過度生產 （Overbuilding）的風險中，這些風險中的每一項都會給醫(yī)療設備市場帶來嚴重的后果。例如若是將錯誤的軟體下載到胰島素泵中，或在設計中用到了仿冒的零組件，任何一種情況都有可能讓胰島素泵給出不準確的劑量，增加病患受到傷害的風險。

　　除此之外，產品開發(fā)人員為保護醫(yī)療設備避免被篡改，需要從硬體和軟體兩方面進行檢查，否則沒有辦法檢測到該被電腦駭客篡改的攻擊，因為電腦駭客有可能修改服務和基礎設備的功能性。

　　使用反熔絲和基于閃存（Flash Memory）的FPGA元件是很重要的，因為與基于靜態(tài)隨機存取記憶體（SRAM）的FPGA相比，它們非常難以進行逆向工程，一旦被編程后，基于閃存的FPGA就將所有可編程的資訊保留在晶粒內。

　　由于可編程單元是非揮發(fā)性的，因此在上電週期之間仍可保持運行狀態(tài)；反觀，基于SRAM的FPGA須在上電時重新載入配置資料，容易將編程的位元串流暴露在潛在的駭客眼前，而駭客截取基于閃存的FPGA位元串流的唯一方法則是從用于現(xiàn)場設備升級的設定檔中擷取，然而，要防止此一駭客竊取狀況發(fā)生，產品開發(fā)人員則可在FPGA元件中進行加密，并以閃存將所有的加密密匙和設置永久性儲存起來。

　　當產品開發(fā)人員在設計放射治療環(huán)境中使用的設備時，須能確保設備對這些危險的SEU事件免疫。SEU事件是在當高能粒子或離子衝擊N-P結耗散區(qū)時所發(fā)生，例如從毫微微庫侖（Femtocoloumb）到微微庫侖（Picocoloumb）的電荷在此一區(qū)域聚集，會造成電壓和電流瞬變，稱為SEU事件。產品開發(fā)人員若使用基于SRAM的FPGA，所獲得的線性能量傳輸（Linear Energy Transfer， LET）足以給N-P結供給過多的能量，容易引起SEU事件，其形式是記憶體單元（SRAM單元、暫存器、閂鎖或正反器）的狀態(tài)改變（位元翻轉）。

　　然而，對于以閃存為基礎的FPGA元件，情形則大不相同。閃存是一種非揮發(fā)性的儲存結構，包括封裝在良好的電介質中（圖2）的浮動門（它位于控制門和下方MOSFET結構之間），在離子攻擊或接近閃存單元耗散區(qū)時，仍有一個電荷沉積著。然而，翻轉快閃單元儲存位元所需的臨界電荷量 （QCRIT）遠大于SRAM單元，而且用于配置的快閃單元還具有非常穩(wěn)健的結構，因此，用于FPGA配置的快閃單元具有SEU事件的免疫能力。

　　圖2　閃存單元的電介質示意圖

　　綜上所述，微型化對于醫(yī)療設備來說是愈來愈重要，與此同時，產品開發(fā)人員還須提供更好的功能性、電池壽命和安全性。產品開發(fā)人員透過最新的FPGA元件，結合超低功耗芯片設計和先進的封裝技術，將有助于大幅縮小設備尺寸，且與替代方法相比，可在更小的空間中增加更多功能，同時提升效能。此外，產品開發(fā)人員若選擇基于閃存的FPGA技術，亦能夠同時降低致命安全性漏洞的風險，并可為在放射治療環(huán)境下使用的設備提供SEU免疫能力，提升產品可靠度。

　　本文作者為美高森美通訊和醫(yī)療產品部醫(yī)療產品高級副總裁暨總經理