[发明专利]基于混合DRAM-NVM内存的安全ORAM内存及其访问方法

权利要求书

1.一种基于混合DRAM-NVM内存的安全ORAM内存，其特征在于，

以混合的DRAM和NVM作为外部内存，将Stash、DRAM和NVM以ORAM Tree的形式进行组织；所述ORAM Tree的上层节点被缓存在所述Stash中，所述ORAM Tree的中层节点被映射到所述DRAM中，所述ORAM Tree的下层节点被映射到所述NVM中；

所述NVM中的每个节点中包含Z个真实数据插槽、S个假数据插槽和1个元数据插槽；所述DRAM中的每个节点包含Z个真实数据插槽、M个遮掩数据插槽、D个假数据插槽和1个元数据插槽；所述真实数据插槽用于存储真数据块，所述假数据插槽用于存储假数据块，所述遮掩数据插槽用于存储备份数据块，所述元数据插槽用于存储元数据；所述备份数据块为存储于所述NVM中热度最大的部分真数据块的副本；

所述Stash中的每个节点用于缓存1个真数据块或者备份数据块；

其中，所述上层节点为最靠近根节点的一层或多层节点，所述下层节点为最靠近叶节点的一层或多层节点，所述中层节点为所述上层节点和所述下层节点之间的节点；Z、S、M和D均为预设的正整数，且S＝M+D。

2.一种安全ORAM内存的访问方法，其特征在于，所述安全ORAM内存为权利要求1所述的基于混合DRAM-NVM内存的安全ORAM内存，所述访问方法包括如下步骤：

(A1)在末级缓存不命中时，在所述Stash中检索用户请求的目标数据块，若命中，则转入步骤(A2)；否则，转入步骤(A3)；

(A2)若所述用户请求为读请求，则返回所述目标数据块，操作结束；若所述目标数块为真数据块，且所述用户请求为写请求，则直接更新所述目标数据块，操作结束；若所述目标数据块为备份数据块，且所述用户请求为写请求，则更新所述目标数据块，并访问所述外部内存中与所述目标数据块对应的真实数据块，将其丢弃，操作结束；

(A3)从所述外部内存中访问所述目标数据块，并更新被访问的节点的元数据块，以完成所述用户请求，操作结束。

3.如权利要求2所述的安全ORAM内存的访问方法，其特征在于，所述步骤(A3)中，从所述外部内存中访问所述目标数据块，包括如下步骤：

从ORAM控制器的地址映射表中查找所述目标数据块在所述ORAM Tree中的路径，作为目标路径；

按照如下方式从所述目标路径上的各节点中分别读取一个数据块：

读取所述目标路径上的各节点的元数据块，以判断各所述目标路径上的各节点中是否存在所述目标数据块；对于存在所述目标数据块的节点，则从中读取所述目标数据块；对于不存在所述目标数据块的节点，则优先从假数据插槽中读取一个数据块，若该节点上的假数据块插槽已经被使用完，则从遮掩数据插槽中读取一个数据块。

4.如权利要求2所述的安全ORAM内存的访问方法，其特征在于，还包括：

当所述外部内存中的一个节点的访问次数达到S次时，将该节点作为目标节点，将其访问次数清零，并按照如下步骤对所述目标节点进行提前洗牌：

(B1)将所述目标节点中剩余的Z个有效数据块读取到所述Stash中；

(B2)从所述Stash中获取所有能够放入所述目标节点的数据块，并按照存储规则确定存储到所述目标节点的数据块及各数据块在所述目标节点中的位置；

所述存储规则为：将所述Stash中所有能够放入所述目标节点的数据块按照冷热排序，优先将冷数据块存储到所述目标节点中，存储数据块的过程中，真数据插槽中优先存储真数据块，遮掩数据插槽优先存放备份数据块，真数据块和备份数据块全部存储后，其余数据插槽中填充假数据块；

(B3)基于所述存储规则，在确定Z+S个数据块在目标节点中的位置后，将Z+S个数据块一起写回至所述目标节点。