在当今数字化高度发展的时代，嵌入式设备和智能终端几乎无处不在，随之而来的安全挑战也日益严峻。芯片作为信息处理与存储的核心，其内部存储器的安全性备受关注。尤其是静态随机存取存储器，即SRAM，作为系统片上存储的基础，承载着缓存、寄存器等多种关键数据，保护这些敏感信息免受物理攻击成为芯片安全设计的重点之一。传统上，SRAM因其断电后数据迅速丢失的特性，被认为比外部DRAM更安全，难以通过冷启动攻击等手段进行数据提取。然而，近期的研究揭露了一种全新攻击方式——Volt Boot攻击，利用现代SoC中电源域分离的架构特性，巧妙地实现了在断电重启过程中SRAM数据的完整保留和精准读取，挑战了以往的安全认知，具有非常重要的警示意义。冷启动攻击的兴起要追溯到针对DRAM的经典方法，攻击者通过降低存储介质的温度，延长断电后的数据保留时间，实现数据恢复，绕过磁盘加密等多层防护。
这一攻击方式在一些可拆卸的设备中，尤其是拥有外置DRAM的笔记本电脑等，获得不少成功案例。但随着设备趋向集成化、嵌入式化，存储芯片不可拆卸且热设计受限，传统冷启动攻击对内置SRAM的影响十分有限。复杂的芯片封装和极短的SRAM数据保持时间，使得通过极端低温保持SRAM中的信息几乎不可能。而Volt Boot攻击则绕过了对低温环境的依赖，转而利用SoC设计中为节能和性能平衡而存在的多电源域分离架构。现代SoC采用多电压域设计，将处理核心、电源管理、存储器等细分为独立功率域，以实现动态电压调节和功耗优化。这些电源域通过物理上分离的供电线路以及功率管理芯片(PMIC)加以控制，部分电源域可以被单独开关供电，从而实现灵活的系统控制。
Volt Boot的核心思想是在断开设备主电源的同时，通过外部电压探针向存储器所在的功率域持续供电，使得该域内的SRAM电路仍然保持通电状态，避免内部比特单元的电荷泄漏，从而实现断电重启过程中存储器数据的持久化。这一方法摒弃了传统冷启动攻击中对超低温或天然数据保存时间的依赖，只需简单的硬件接入即可100%精确地读取数据，无需后期复杂的纠错处理。该攻击的实际操作过程包括首先定位存储器功率域的测试点或者线路，该电源域往往会暴露给PCB板上的被动元件节点或测试探针，从这些位置进行外部电压介入是关键一环。接着，攻击者将目标功率域维持在正常工作电压水平，同时断开主电源供电，从而诱导SRAM保持数据状态。随后的系统启动通过恶意引导介质进行固件加载，使得攻击者可以访问仍处于保存状态的SRAM内容，并将数据转储到非易失性存储中，完成对芯片内秘密信息的窃取。通过对多款基于ARM Cortex-A系列架构的主流处理器的测试，研究者们证明了Volt Boot攻击对L1缓存、寄存器、片上内部RAM（iRAM）等多种类型SRAM均具有极高的实用性。
无论是在裸机环境还是运行主流操作系统的设备中，攻击均能无误导地提取对称密钥、敏感指令甚至是设备状态信息，打破了“SRAM因其断电快速失效而安全”的传统观念。在软件层面，助力该攻击成功的还包括缺乏硬件自动清零机制及引导启动过程对SRAM重置的不足。多数SoC设计不会主动在启动阶段对SRAM数据进行硬件清零，主要出于启动速度和PUF（物理不可克隆函数）等安全应用的需求。加之部分芯片设计中缓存的无效化操作仅修改状态标志，而未清除存储数据，使得数据可被保留供后续读取。面对这一严峻挑战，防御措施需要同时针对电源域管理和存储数据访问两个关键环节。彻底摒弃电源域分离设计虽然理论可行，却在性能和能效上存有巨大成本，现实中难以实现。
部分厂商尝试在设备关机或重启时快速清除缓存和寄存器数据，但由于突发断电会中止清理操作，防护效果有限。硬件层面的一种可行方案是利用内建的SRAM自检（MBIST）单元，在重启时自动复位SRAM状态，阻止数据残留，但该机制仍未广泛配备于商用芯片。ARM TrustZone等安全隔离技术则能通过将安全敏感数据存储于受保护的安全域，并在非法访问时触发异常，有效增加访问难度。此外，强制设备启动时校验固件签名，防止攻击者通过引导非授权系统使得存储器数据暴露，也成为当下不可或缺的安全措施。未来芯片安全设计应尽早将功率域架构上的潜在风险纳入审视，优化供电链路和启动流程，增加硬件级别的数据清零与访问保护。其中，研发更加细粒度、可控的电源管理策略及快速主动重置机制，将为抵御此类Volt Boot攻击奠定坚实基础。
通过持续加强硬件安全技术研发与多层防护体系构建，才能守住芯片数据的最后防线，保护信息安全不受物理攻击威胁。SRAM内存的安全之战从未止步，Volt Boot的揭示无疑为芯片设计者与安全业界敲响了警钟。唯有深入理解电源域之间隐蔽的安全隐患，积极进行系统层面与硬件层面协同防御，方能筑牢智能设备的安全基石，保障未来数字世界的可靠可信运行。
