Einfrieren des DRAM für die Forensik (Coldboot)

Ich kenne den Coldboot-Trick schon eine Weile, habe aber die Physik dahinter nie wirklich in Betracht gezogen. Ich habe die Zeitung gelesen , aber sie behandelt nicht wirklich, warum sie funktioniert.

Wie bewirkt die physische Abkühlung eines RAM-Sticks auf eine sehr niedrige Temperatur, dass die darin gespeicherten Daten auch ohne Strom über lange Zeiträume erhalten bleiben?

Ich weiß, dass DRAM-ICs im Wesentlichen eine große Anzahl von Transistor-Kondensator-Speicherzellen sind, aber ich kann nicht herausfinden, warum die Temperatur einen Unterschied macht.

Es wirft auch weitere Fragen auf:

Reichen die Zerfallseigenschaften des Geräts aus, um den "vorherigen" Wert einer Zelle bei normalen oder niedrigeren Temperaturen messen zu können?
Ist dies das gleiche Phänomen, das Bit-Rot verursacht, dh zufällig gespiegelte Bits im Computerspeicher?
Gilt dies für andere Szenarien, z. B. für die Änderung des Zustands von Mikroprozessoren oder für die Änderung, wie ein Transistor in einer diskreten Schaltung schaltet?
Wenn durch extreme Kälte der Ladezustand langsamer abfällt, würde dies bedeuten, dass durch das Erhitzen des RAM alle darin gespeicherten Daten gelöscht werden?

— Polynom
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Abhängig von der Art der Antwort, nach der Sie suchen, haben Sie möglicherweise mehr Glück bei physics.SE. Ich glaube nicht, dass dies nicht zum Thema gehört, aber es lohnt sich zu erwähnen, falls Sie nicht die Art von Antworten erhalten, nach denen Sie suchen.

— Kellenjb

@Kellenjb Ich habe zuerst über Physics.SE nachgedacht, aber beschlossen, dass die Leute hier wahrscheinlich ein besseres Verständnis für die Interna dieser Komponenten haben und sich wahrscheinlich auch schon früher mit Coldboot befasst haben. Vielen Dank für die Antwort. Ich werde es im Hinterkopf behalten :)

— Polynom

@Kellenjb: IMO, das ist eine reine elektrotechnische Frage. Ich vermute, die Antwort ist, dass Kondensatoren einfach einfrieren (wie es bei Elektrolyten der Fall wäre) und sich daher nicht entladen oder so etwas.

— Scharfzahn

@sharptooth Unser Anwendungsbereich konzentriert sich mehr auf elektronisches Design. Bis zu einem gewissen Grad würde er verstehen, wie die Low-Level-Elektronikfunktion Teil des elektronischen Designs ist (weshalb ich nicht als Off-Topic abstimme), aber wenn er sich mehr darüber wundern würde, was tatsächlich auf Elektronenebene passiert, würde es mehr fallen in die Physik (auch wenn es in den Job eines Elektrotechnikers fallen könnte).

— Kellenjb

@Kellenjb Ich habe die Antwort von W5VO akzeptiert, weil sie die Antwort in dem Sinne abdeckt, "welche Eigenschaften sich aufgrund der Abkühlung ändern". Ich werde die gleiche Frage zu Physics.SE stellen und sie verknüpfen, damit wir beide Seiten der Medaille erhalten können.

— Polynom

DRAM besteht, wie Sie sagten, im Wesentlichen aus einem Speicherkondensator und einem Transistor, um auf die auf diesem Kondensator gespeicherte Spannung zuzugreifen. Idealerweise würde die auf diesem Kondensator gespeicherte Ladung niemals abnehmen, aber es gibt Leckagekomponenten, die ein Ablassen der Ladung ermöglichen. Wenn der Kondensator ausreichend geladen ist, können die Daten nicht wiederhergestellt werden. Im Normalbetrieb wird dieser Datenverlust durch periodisches Auffrischen der Ladung im Kondensator vermieden. Aus diesem Grund wird es als dynamischer RAM bezeichnet.

Das Verringern der Temperatur bewirkt einige Dinge:

Es erhöht die Schwellenspannungen von MOSFETs und den Durchlassspannungsabfall von Dioden.
Es verringert die Leckagekomponente von MOSFETs und Dioden
Es verbessert die Einschaltleistung der MOSFETs

Wenn man bedenkt, dass die ersten beiden Punkte den von den Transistoren gesehenen Leckstrom direkt reduzieren, sollte es weniger überraschend sein, dass die in einem DRAM-Bit gespeicherte Ladung für einen sorgfältigen Neustart lange genug dauern kann. Sobald die Stromversorgung wieder hergestellt ist, behält das interne DRAM-System die gespeicherten Werte bei.

Diese Grundvoraussetzungen können auf viele verschiedene Schaltkreise angewendet werden, z. B. Mikrocontroller oder sogar diskrete Schaltkreise, sofern beim Start keine Initialisierung erfolgt. Beispielsweise setzen viele Mikrocontroller beim Start mehrere Register zurück, unabhängig davon, ob der vorherige Inhalt beibehalten wurde oder nicht. Es ist unwahrscheinlich, dass große Speicherarrays initialisiert werden, aber es ist viel wahrscheinlicher, dass Steuerregister bei der Startfunktion zurückgesetzt werden.

Wenn Sie die Temperatur des Chips heiß genug erhöhen, können Sie den gegenteiligen Effekt erzielen, dass die Ladung so schnell abfällt, dass die Daten gelöscht werden, bevor der Auffrischungszyklus die Daten beibehalten kann. Dies sollte jedoch nicht über den angegebenen Temperaturbereich erfolgen. Das Erwärmen des Speichers so heiß, dass die Daten schneller als der Aktualisierungszyklus abfallen, kann auch dazu führen, dass die Schaltung bis zu einem Punkt verlangsamt wird, an dem die angegebenen Speicherzeiten nicht mehr eingehalten werden können, was als anderer Fehler erscheinen würde.

Dies hängt nicht mit Bit-Rot zusammen. Bit-Rot ist entweder die physische Verschlechterung von Speichermedien (CD, Magnetbänder, Lochkarten) oder ein Ereignis, das zu einer Beschädigung des Speichers führt, z. B. ein Ionenaufprall.

— W5VO
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Der dominierende Effekt ist die Reduzierung des Leckstroms. In Si-P / N-Übergängen um Raumtemperatur folgt die Leckage des S / D zum Substrat dem Prozess des BB (Band-to-Band-Tunneln), der eine Verdopplungskonstante von etwa 8 ° C aufweist. Für jede Temperaturreduzierung um 8 Grad tritt also eine Leckage auf aktuelle Hälften. Wenn Sie von 25 ° C auf Gefrieren abkühlen, wird die Leckage auf 1/8 reduziert.

— Platzhalter