近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所科研團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》雜志發(fā)表題為“A Hierarchically Encoded Data Storage Device with Controlled Transiency”的論文，創(chuàng)新性地研制出基于蠶絲蛋白的多層級(jí)可植入瞬態(tài)存儲(chǔ)器，在存儲(chǔ)器機(jī)理、材料和結(jié)構(gòu)方面取得突破。瞬態(tài)可溶存儲(chǔ)器是瞬態(tài)可溶電子植入器件中的重要組成部分和信息存儲(chǔ)媒介，該存儲(chǔ)器在實(shí)現(xiàn)可控降解的同時(shí)還需具備穩(wěn)定的存儲(chǔ)和加密功能。

該存儲(chǔ)器采用了全新的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，將阻變憶阻器、太赫茲超材料、光學(xué)衍射元件三種不同信息類型的存儲(chǔ)單元通過工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)垂直高密度集成，實(shí)現(xiàn)單器件上電學(xué)、電磁和光學(xué)信息的同步穩(wěn)定存儲(chǔ)。使用溶解特性可調(diào)節(jié)的蠶絲蛋白與可降解金屬（鎂、鋁）組成的存儲(chǔ)器材料體系，既保證各層存儲(chǔ)單元具備良好的電學(xué)、光學(xué)性能，又使存儲(chǔ)器具備逐層逐步降解、多層快速降解、選定區(qū)域可控層數(shù)降解等多種可控降解模式。多模態(tài)信息編碼和多種降解模式的組合極大地提升了瞬態(tài)存儲(chǔ)器的加密能力和信息存儲(chǔ)量，僅16個(gè)單元就能實(shí)現(xiàn)1055比特?cái)?shù)量級(jí)信息的存儲(chǔ)；所制備的4×4陣列瞬態(tài)可溶存儲(chǔ)器樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了字母表編碼、16位二進(jìn)制編碼演示和校驗(yàn)編解碼示例。得益于蠶絲蛋白的成膜均勻性和精準(zhǔn)可控降解能力，存儲(chǔ)器信息誤讀率低、魯棒性強(qiáng)的特性，滿足了多模態(tài)信息存儲(chǔ)和高穩(wěn)定性存儲(chǔ)的要求。小鼠皮下植入實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了瞬態(tài)存儲(chǔ)器在體內(nèi)逐層降解的可行性與生物安全性。

具有優(yōu)異生物相容性的蠶絲蛋白不會(huì)引起組織免疫反應(yīng)，預(yù)示著新型多層級(jí)瞬態(tài)可溶存儲(chǔ)器在植入式器件和芯片、生物體內(nèi)信息存儲(chǔ)和生物電子標(biāo)簽等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。

RFID電子標(biāo)簽與存儲(chǔ)器的關(guān)系

RFID電子標(biāo)簽的檔次與存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的。由于存儲(chǔ)器的不同, 電子標(biāo)簽分為只讀電子標(biāo)簽、可寫入式電子標(biāo)簽、具有密碼功能的電子標(biāo)簽和分段存儲(chǔ)的電子標(biāo)簽。其中, 只讀電子標(biāo)簽檔次最低, 具有密碼功能的電子標(biāo)簽和分段存儲(chǔ)的電子標(biāo)簽檔次較高。

一、只讀電子標(biāo)簽

在識(shí)別過程中，內(nèi)容只能讀出不可寫入的電子標(biāo)簽是只讀型電子標(biāo)簽。只讀型電子標(biāo)簽所具有的存儲(chǔ)器是只讀型存儲(chǔ)器。

當(dāng)RFID電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的工作范圍時(shí), 電子標(biāo)簽就開始輸出它的特征標(biāo)記。通常，芯片廠家保證對(duì)每個(gè)電子標(biāo)簽賦予唯一的序列號(hào)。電子標(biāo)簽與RFID讀寫器的通信只能在單方向上進(jìn)行, 即RFID電子標(biāo)簽不斷將自身的數(shù)據(jù)發(fā)送給RFID閱讀器, 但讀寫器不能將數(shù)據(jù)傳輸給電子標(biāo)簽。這種電子標(biāo)簽功能簡單，結(jié)構(gòu)也較簡單，價(jià)格較低廉，適合應(yīng)用于對(duì)價(jià)格敏感的場合。只讀電子標(biāo)簽主要應(yīng)用在動(dòng)物識(shí)別、車輛出入控制、溫濕度數(shù)據(jù)讀取以及工業(yè)數(shù)據(jù)集中控制等方面。

值得一提的是，只讀型電子標(biāo)簽可以還分為以下3種：

(1) 只讀標(biāo)簽

只讀標(biāo)簽的內(nèi)容在標(biāo)簽出廠時(shí)就已被寫入，識(shí)別時(shí)只能讀出, 不可再寫入。只讀標(biāo)簽的存儲(chǔ)器一般由ROM組成。

ROM所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)一般是裝入整機(jī)前事先寫好的, 整機(jī)工作過程中只能讀出，不像隨機(jī)存儲(chǔ)器那樣能快速、方便地加以改寫，ROM所存的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，斷電后所存的數(shù)據(jù)也不會(huì)改變，其結(jié)構(gòu)較簡單，讀出較方便，因而常用于存儲(chǔ)各種固定的程序和數(shù)據(jù)。只讀電子標(biāo)簽自身的特征標(biāo)記一般用序列號(hào)表示，其在芯片生產(chǎn)的過程中已經(jīng)固化了, 用戶不能改變芯片上的任何數(shù)據(jù)。

(2) 一次性編程只讀標(biāo)簽

一次性編程(One Time Programmable,OTP)只讀標(biāo)簽可在應(yīng)用前一次性編程寫入，在識(shí)別過程中不可改寫。一次性編程只讀標(biāo)簽的存儲(chǔ)器一般由PROM組成。

(3) 可重復(fù)編程只讀標(biāo)簽

可重復(fù)編程只讀標(biāo)簽的內(nèi)容經(jīng)擦除后可重復(fù)編程寫入, 但在識(shí)別過程中不可改寫?？芍貜?fù)編程只讀標(biāo)簽的存儲(chǔ)器一般由EEPROM組成。

二、可寫入式電子標(biāo)簽

在識(shí)別過程中，內(nèi)容既可以讀出又可以寫入的RFID電子標(biāo)簽，就是可寫入式電子標(biāo)簽。可寫入式電子標(biāo)簽可以采用SRAM或FRAM存儲(chǔ)器。

靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)是一種具有靜止存取功能的內(nèi)存。SRAM不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，因此SRAM具有較高的性能。

鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)是一個(gè)非易失性隨機(jī)存取儲(chǔ)存器，能提供與RAM一致的性能，但又有與ROM一樣的非易失性。FRAM非易失性是指記憶體掉電后數(shù)據(jù)不丟失，非易失性記憶體是源自ROM的技術(shù)。FRAM將ROM的非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性和RAM的無限次讀寫、高速讀寫以及低功耗等優(yōu)勢結(jié)合在一起，這就使得FRAM產(chǎn)品既可以進(jìn)行非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，又可以像RAM一樣操作。

在可寫入式電子標(biāo)簽工作時(shí)，RFID讀寫設(shè)備可以將數(shù)據(jù)寫入RFID電子標(biāo)簽。對(duì)電子標(biāo)簽的寫入與讀出大多是按字組進(jìn)行的，字組通常是規(guī)定數(shù)目的字節(jié)的匯總，字組一般作為整體讀出或?qū)懭?。為了修改一個(gè)數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容，必須從RFID讀寫器整體讀出這個(gè)數(shù)據(jù)塊，對(duì)其修改，然后再重新整體將數(shù)據(jù)讀入。

可寫人式電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)量，最少可以是1B，最高可達(dá)64KB。比較典型的電子標(biāo)簽是16bit幾十到幾百字節(jié)。

三、具有密碼功能的電子標(biāo)簽

對(duì)于可寫入式電子標(biāo)簽，如果沒有密碼功能的話，任何讀寫器都可以對(duì)RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全，應(yīng)該阻止對(duì)電子標(biāo)簽未經(jīng)允許的訪問。這就可以采取多種方法對(duì)RFID電子標(biāo)簽加以保護(hù)。對(duì)RFID標(biāo)簽的保護(hù)涉及數(shù)據(jù)的加密，數(shù)據(jù)加密可以防止跟蹤、竊取或惡意篡改電子標(biāo)簽的信息，從而保證數(shù)據(jù)的安全性。

(1) 分級(jí)密鑰

分級(jí)密鑰是指系統(tǒng)有多個(gè)密鑰，不同的密鑰訪問權(quán)限不同，在應(yīng)用中可以根據(jù)訪問權(quán)限確定密鑰的等級(jí)。例如，某一系統(tǒng)具有密鑰A和密鑰B，RFID電子標(biāo)簽與射頻讀寫器之間的認(rèn)證可以由密鑰A和密鑰B確定，但密鑰A和密鑰B的等級(jí)不同。

電子標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)分為兩部分，分別由密鑰A和密鑰B保護(hù)。密鑰A保護(hù)的數(shù)據(jù)由只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，該數(shù)據(jù)只能讀出，不能寫入。密鑰B保護(hù)的數(shù)據(jù)可寫入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，讀寫器1具有密鑰A，電子標(biāo)簽認(rèn)證成功后，允許讀寫器1訪問密鑰A保護(hù)的數(shù)據(jù)。讀寫器2具有密鑰B，電子標(biāo)簽認(rèn)證成功后，允許讀寫器2讀出密鑰B保護(hù)的數(shù)據(jù)，并允許讀寫器2寫該數(shù)據(jù)既能讀出，也能寫入。

(2) 分級(jí)密鑰在公共交通中的應(yīng)用

在城市公交系統(tǒng)中，就有分級(jí)密鑰的應(yīng)用實(shí)例?，F(xiàn)在，城市公交系統(tǒng)可以用刷卡的方式乘車的刷卡器(讀寫器)，另一種是公交公司給卡充值的讀寫器。

公交乘車的刷卡采用的是近距離接觸式刷卡，每刷一次從卡中扣除一次金額，這部分的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于該卡。城市公交系統(tǒng)的讀寫器有兩種，一種是公交汽車上鑰A認(rèn)證。RFID電子標(biāo)簽還可以充值，充值由密鑰B認(rèn)證。公交汽車上的讀寫器只有密鑰A。電子標(biāo)簽認(rèn)證密鑰A成功后, 允許公交汽車上的讀寫器扣除電子標(biāo)簽上的金額。

公交公司的讀寫器有密鑰B。電子標(biāo)簽需要到公交公司充值, 電子標(biāo)簽認(rèn)證密鑰B成功后, 允許公交公司的讀寫器給電子標(biāo)簽充值。

四、分段存儲(chǔ)的電子標(biāo)簽

當(dāng)電子標(biāo)簽存儲(chǔ)的容量較大時(shí)，可以將電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)器分為多個(gè)存儲(chǔ)段。每個(gè)存儲(chǔ)段單元具有獨(dú)立的功能，存儲(chǔ)著不同應(yīng)用的獨(dú)立數(shù)據(jù)。各個(gè)存儲(chǔ)段單元有單獨(dú)的密鑰保護(hù)，以防止非法的訪問。

一般來說, 一個(gè)讀寫器只有電子標(biāo)簽一個(gè)存儲(chǔ)段的密鑰，只能取得電子標(biāo)簽?zāi)骋粦?yīng)用的訪問權(quán)，某一電子標(biāo)簽具有汽車出人、小區(qū)付費(fèi)、汽車加油和零售付費(fèi)等多種功能，各種不同的數(shù)據(jù)分別有各自的密鑰;而一個(gè)讀寫器一般只有一個(gè)密鑰(如汽車出入密鑰)，只能在該存儲(chǔ)段進(jìn)行訪問(如對(duì)汽車出入進(jìn)行收費(fèi))。

為使電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)低成本，一般電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)段都設(shè)置成固定大小的段，這樣實(shí)現(xiàn)起來較為簡單?？勺冮L存儲(chǔ)段的電子標(biāo)簽可以更好地利用存儲(chǔ)空間，但實(shí)現(xiàn)起來困難，一般很少使用。電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)段可以只使用一部分，其余的存儲(chǔ)段可以閑置待用。