CN110752288A - 一种基于具有sot效应的器件构造可重构puf的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，属于信息安全领域。本发明利用热扰动干扰导致磁性材料磁化方向取向的随机性，利用自旋轨道力矩或者磁场来翻转磁矩，使磁矩偏离其易轴方向，在电流或者磁场撤除后，磁矩会回到易轴方向，在热扰动的干扰作用下，磁矩在易轴方向上会随机取向，将上述非易失器件组成阵列，所有非易失器件的磁矩在一次写操作后会随机分布，读取出来的状态可以用作随机密码，制备出的可重构的PUF，该PUF结构简单，随机性即安全性有保障。本发明中随机密码的可以是二态或者多态的，这与铁磁层的磁畴数目有关，从较少数目的非易失器件提取大量的激励响应对，构成强物理不可克隆函数。

Description

一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法
技术领域
本发明属于信息安全领域，更具体地，涉及一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法。
背景技术
现代社会信息技术飞速发展，互联网、物联网技术涉及到我们生活的方方面面，包括衣、食、住、行、金融、社交等。在我们运用互联网的同时，我们也会在上面存储很多个人信息，这些信息关系着我们的隐私或者财产安全等方面。另外智能设备的飞速发展，像智能手机、智能卡也在我们的生活、生产中得到了广泛的应用。如何对这些物理实体进行有效的认证以及加密成为信息安全领域的重要问题。物理不可克隆函数(physical unclonablefunction，PUF)作为一种有效的、高安全性的加密方法被引进了信息安全领域。物理不可克隆函数利用器件在制备过程中形成的随机性产生随机密码，这种随机密码源自物理上的随机性，所以不可被复制，具有高度的安全性。物理不可克隆函数广泛的应用在密钥生成和身份认证领域。
目前广泛使用的物理不可克隆函数是基于Si的器件，一般利用晶体管的延时特性构造PUF。但是基于延时的PUF由于其线性特性容易被破解。基于非易失性的存储器的PUF因此被广泛的研究，例如，基于可重构PUF器的PUF、基于磁性存储器MRAM的PUF。但是这些基于非易失性存储器的PUF一般利用器件在制备过程中的随机性生成随机密码，其基于PUF用于加密的激励响应对CRPs比较少，很难构成强PUF。
专利CN201810239799公开了一种磁性物理不可克隆函数器件及磁性物理不可克隆函数装置，利用钴铁硼薄膜与氧化镁薄膜交界面的各向异性的特点，通过改变不同位置的各向异性制备出基于磁各向异性的物理不可克隆函数器件。然而，其随机性来源于氧化镁薄膜层的厚度不均匀，氧化镁经过一次刻蚀，结构确定随机性就确定，PUF不可重构。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，其目的在于提供一种构造可重构的强PUF。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：
S1.在具有SOT效应的器件中的一个非易失器件的第一对底电极之间通入写电流，使得该非易失器件的铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除写电流，在该非易失器件的第一对底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的反常霍尔电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的反常霍尔电阻值；
S4.根据读取到的所有非易失器件的反常霍尔电阻值，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF；
所述基于具有SOT效应的器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或者拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一对底电极和第二对底电极；由铁磁材料制成的铁磁层；由绝缘材料制成的绝缘层；由重金属材料制成的盖帽层；铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向，第一对底电极和第二对底电极相互正交。
为实现上述目的，按照本发明的第二方面，提供了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：
S1.在基于具有SOT效应的中的一个非易失器件上施加外磁场，使得该非易失器件的铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除该外磁场，在该非易失器件的第一对底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的反常霍尔电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的反常霍尔电阻值；
S4.根据读取到的所有非易失器件的反常霍尔电阻值，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF；
所述基于具有SOT效应的器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或者拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一对底电极和第二对底电极；由铁磁材料制成的铁磁层；由绝缘材料制成的绝缘层；由重金属材料制成的盖帽层；铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向，第一对底电极和第二对底电极相互正交。
为实现上述目的，按照本发明的第三方面，提供了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：
S1.在具有SOT效应的器件中的一个非易失器件的两个底电极之间通入写电流，使得该非易失器件的第一铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除写电流，在该非易失器件的上电极和任一底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的电阻；
S4.根据读取到的所有非易失器件的电阻，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF；
所述基于具有SOT效应的器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一底电极和第二底电极、由铁磁材料制成的第一铁磁层、由绝缘材料或者非磁性金属材料制成的非磁性层、由铁磁材料制成的被钉扎的第二铁磁层、由反铁磁材料制成的钉扎层、由重金属材料制成的盖帽层和由导电材料制成的上电极，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向。
为实现上述目的，按照本发明的第四方面，提供了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：
S1.在基于具有SOT效应的中的一个非易失器件上施加外磁场，使得该非易失器件的第一铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除该外磁场，在该非易失器件的上电极和底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的电阻值；
S4.根据读取到的所有非易失器件的电阻，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF；
所述基于具有SOT效应的器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一底电极和第二底电极、由铁磁材料制成的第一铁磁层、由绝缘材料或者非磁性金属材料制成的非磁性层、由铁磁材料制成的被钉扎的第二铁磁层、由反铁磁材料制成的钉扎层、由重金属材料制成的盖帽层和由导电材料制成的上电极，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向。
具体地，写电流的电流密度大于或等于106A/cm2，读电流的电流密度小于105A/cm2。
具体地，外磁场平行于铁磁层方向且磁场强度大于铁磁层各向异性场。
具体地，当非磁性层是由可用于电子隧穿的绝缘材料制成时，第一铁磁层、非磁性层以及被钉扎的第二铁磁层构成MTJ结构，根据TMR效应和欧姆定律，读取该非易失器件的阻值；当非磁性层是由非磁性金属材料制成时，第一铁磁层、非磁性层以及被钉扎的第二铁磁层构成自旋阀结构，根据GMR效应和欧姆定律，读取该非易失器件的阻值。
具体地，非磁性层的材料为MgO、Al2O3或者Cu。
具体地，非易失器件的电阻值数目随磁畴个数增多而增多，具体如下：
单磁畴时，有两类阻值，低阻态赋值0，高阻态赋值1；
双磁畴时，有四类阻值，按照阻值从小到大依次赋值00、01、10、11。
为实现上述目的，按照本发明的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方面所述的基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明利用热扰动干扰导致磁性材料磁化方向取向的随机性，利用自旋轨道力矩或者磁场来翻转磁矩，使磁矩偏离其易轴方向，在电流或者磁场撤除后，磁矩会回到易轴方向，在热扰动的干扰作用下，磁矩在易轴方向上会随机取向，将上述非易失器件组成阵列，所有非易失器件的磁矩在一次写操作后会随机分布，读取出来的状态可以用作随机密码，制备出的可重构的PUF，该PUF结构简单，随机性即安全性有保障。
(2)本发明中随机密码的可以是二态或者多态的，这与铁磁层的磁畴数目有关，其长度与器件个数有关，所述非易失器件为单磁畴时，随机密码的总长度为2n；所述非易失器件为双磁畴时，随机密码的总长度为4n，从较少数目的非易失器件提取大量的激励响应对，构成强物理不可克隆函数。
附图说明
图1为现有技术中第一种基于具有SOT效应的器件结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法示意图；
图3为现有技术中第二种基于具有SOT效应的器件结构示意图；
图4为现有技术中第三种基于具有SOT效应的器件结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，现有技术公开了一种基于铁磁材料具有SOT(Spin-Orbit Torque，自旋轨道力矩)效应的器件，该器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或者拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一对底电极和第二对底电极；由铁磁材料制成的铁磁层；由绝缘材料制成的绝缘层；由重金属材料制成的盖帽层；铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向，第一对底电极和第二对底电极相互正交。
具体地，自旋流生成层为hall bar结构，其膜面呈十字形状；铁磁层、绝缘层以及盖帽层的膜面为纳米尺寸的矩形或圆形，并且依次堆叠在自旋流生成层十字形状的交叉部分之上。
本发明实施例一提供了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：
S1.在具有SOT效应的器件中的一个非易失器件的第一对底电极之间通入写电流，使得该非易失器件的铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除写电流，在该非易失器件的第一对底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的反常霍尔电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的反常霍尔电阻值；
S4.根据读取到的所有非易失器件的反常霍尔电阻值，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF。
步骤S1.在具有SOT效应的器件中的一个非易失器件的第一对底电极之间通入写电流，使得该非易失器件的铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态。
在第一对底电极之间通入写电流，电流流过自旋流生成层时，由于自旋轨道耦合效应，自旋流生成层会生成垂直于铁磁层的自旋流，自旋流作用于垂直磁矩，会将磁矩拉到水平方向上来。
为了保证SOT效应，自旋流生成层中通入的写电流路径需要保证平行于铁磁层且是直线。写电流的电流密度大于或等于106A/cm2，使得该非易失器件的铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态。由于本发明是基于铁磁材料的磁化状态的改变实现可重构PUF，因此，不会对材料造成较大的损耗，具有很好的耐久性。写电流可以比读电流大两到三个数量级，误操作概率小，器件稳定性好。
本实施例中磁化状态包括：垂直向上状态、垂直向下状态、水平向前状态和水平向后状态。
步骤S2.撤除写电流，在该非易失器件的第一对底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的反常霍尔电阻。
写电流撤除后，铁磁层的磁矩会在绝缘层提供的垂直各向异性的作用下回到垂直方向。在磁矩回到垂直状态的过程中，在热扰动的作用下，磁矩在垂直向上和垂直向下两个方向会随机选择。
根据反常霍尔效应，在该非易失器件的第一对底电极上通入读电流，在第二对底电极上利用反常霍尔效应来读取该非易失器件的霍尔电压，从而计算该非易失器件的反常霍尔电阻。其能够反映该非易失器件的铁磁层的磁化状态——反常霍尔电阻为正，表示磁化状态垂直向上；反常霍尔电阻为负，表示磁化状态垂直向下。
同样地，读电流路径需要保证平行于铁磁层且是直线。读电流的电流密度小于105A/cm2。此时，读取到的该非易失器件的铁磁层的磁化状态为垂直向上状态或者垂直向下状态。
步骤S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的反常霍尔电阻值。
步骤S4.根据读取到的所有非易失器件的反常霍尔电阻值，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF。
器件的电阻值数目随磁畴个数增多而增多。单磁畴时，有两类阻值，低阻态赋值0，高阻态赋值1。双磁畴时，有四类阻值，按照阻值从小到大依次赋值00、01、10、11，使器件阻值不再只具有“0”和“1”两个态，从而可以实现多态可重构PUF。由于铁磁材料的磁化状态翻转速度快、时间短，因此，本发明提出的可重构PUF器件具有较快的读写性能。
在基于具有SOT效应的器件中，所有非易失器件的磁矩在一次写操作后会随机分布，读取出来的状态可以用作随机密码。
重复S1到S4，可以使PUF产生新的二进制密码，且与旧的二进制密码没有关联，从而实现了PUF的重构。
如图2所示，本发明实施例二提供了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：
S1.在基于具有SOT效应的器件上施加外磁场，使得该非易失器件的铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除该外磁场，在该非易失器件的第一对底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的反常霍尔电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的反常霍尔电阻值；
S4.根据读取到的所有非易失器件的反常霍尔电阻值，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF。
实施例二与实施例一相似，区别仅在于施加外磁场代替写电流，直接用平面磁场来随机翻转磁矩。外磁场平行于铁磁层方向且磁场强度大于铁磁层各向异性场。
如图3所示，现有技术还公开了一种基于具有SOT效应的器件，该器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一底电极和第二底电极、由铁磁材料制成的第一铁磁层、由绝缘材料或者非磁性金属材料制成的非磁性层、由铁磁材料制成的被钉扎的第二铁磁层、由反铁磁材料制成的钉扎层、由重金属材料制成的盖帽层和由导电材料制成的上电极，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向。
当非磁性层是由可用于电子隧穿的绝缘材料制成时，第一铁磁层、非磁性层以及被钉扎的第二铁磁层构成MTJ结构。当非磁性层是由非磁性金属材料制成时，第一铁磁层、非磁性层以及被钉扎的第二铁磁层构成自旋阀结构。非磁性层的材料为MgO、Al2O3或者Cu。
具体地，第一铁磁层、非磁性层、被钉扎的第二铁磁层、钉扎层以及盖帽层的膜面为大小相同的多边形或椭圆形，自旋流生成层的膜面大于其他层膜面。
如图4所示，本发明实施例三提供了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：
S1.在具有SOT效应的器件中的一个非易失器件的两个底电极之间通入写电流，使得该非易失器件的第一铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除写电流，在该非易失器件的上电极和任一底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的电阻；
S4.根据读取到的所有非易失器件的电阻，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF。
步骤S1.在具有SOT效应的器件中的一个非易失器件的两个底电极之间通入写电流，使得该非易失器件的第一铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态。
基于SOT效应，在可重构PUF的第一底电极和第底二电极之间通入写电流，写电流的电流密度大于或等于106A/cm2。在自旋流生成层中会生成自旋流，SOT力矩会将第一铁磁层中的磁矩拉到难轴方向上来。
步骤S2.撤除写电流，在该非易失器件的上电极和任一底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的电阻。
在第一底电极/第二底电极和上电极之间通入读电流，读电流的电流密度小于105A/cm2。
当写电流撤除后，第一铁磁层磁矩会回到易轴方向。在回到易轴方向时，在热扰动的作用下，磁矩会在共线的两个方向上随机选择。在随机过程完成后，在第一底电极/第二底电极和上电极之间通入读电流，可以探测第一铁磁层的磁化状态。
当非磁性层是由可用于电子隧穿的绝缘材料制成时，例如，MgO，第一铁磁层、非磁性层以及被钉扎的第二铁磁层构成MTJ结构。根据TMR效应(TunnelingMagnetoresistance，隧穿磁电阻)和欧姆定律，读取该非易失器件的阻值。
当非磁性层是由非磁性金属材料制成时，第一铁磁层、非磁性层以及被钉扎的第二铁磁层构成自旋阀结构。根据GMR效应(Giant Magnetoresistance，巨磁电阻)和欧姆定律，读取该非易失器件的阻值。
步骤S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的电阻。
步骤S4.根据读取到的所有非易失器件的电阻，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF。
实施例三的赋值过程与实施例一相同。
本发明实施例四提供了一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：
S1.在基于具有SOT效应的器件上施加一个平行于铁磁层方向且磁场强度大于第一铁磁层各向异性场的外磁场，使得该非易失器件的第一铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除该外磁场，在该非易失器件的上电极和底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的电阻值；
S4.根据读取到的所有非易失器件的电阻，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF。
当施加一个磁场强度大于第一铁磁层的各向异性的外磁场时，也可以将第一铁磁层的磁矩拉到难轴方向，撤除磁场后，磁矩会回到易轴方向。第一铁磁层为垂直磁化时，外磁场方向是水平方向的。
如图4所示，现有技术还公开了一种基于具有SOT效应的器件，该器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一底电极和第二底电极、由铁磁材料制成的第一铁磁层、由绝缘材料或者非磁性金属材料制成的非磁性层、由铁磁材料制成的被钉扎的第二铁磁层、由反铁磁材料制成的钉扎层、由重金属材料制成的盖帽层和由导电材料制成的上电极，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层磁矩的易轴方向是水平方向。
本发明第五实施例，操作方法同第三实施例，当第一铁磁层为面内极化时，自旋流极化方向是垂直方向。将上述器件组成阵列，即可制备可重构的PUF。
本发明第六实施例，操作方法同第四实施例，当第一铁磁层为面内极化时，外磁场方向是垂直方向。将上述器件组成阵列，即可制备可重构的PUF。
将同种类型的PUF器件组成阵列后，用于制备可重构的物理不可克隆函数阵列。所有器件的磁矩在一次写操作后会随机分布，读取出来的状态可以用作随机密码。随机密码的可以是二态或者多态的，这与铁磁层的磁畴数目有关，其长度与器件个数有关。具体地，当铁磁层的磁畴个数m为1，即铁磁层为单磁畴时，每个器件可以产生两种随机状态，在无限次重置的情况下，所有的密码总长度当为2n，n表示器件个数；当器件为双磁畴时，即m为2即铁磁层为双磁畴时，每个器件可以产生四种状态，在无限次重置的情况下，所有的密码总长度当为4n。器件规模不必很大的时候，例如n＝100时，总密钥长度可以达到2100(单磁畴器件)和4100(双磁畴器件)。这种密码具有高度的安全性，几乎无法被破解，可以用于信息加密领域，用于身份认证或者密钥生成。
上述所有的步骤操作均可由电路描述语言来实现，所以存在一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，可以实现以上所有的步骤操作。
由于上述所有器件均为非易失器件，所以在一次写电流操作后，器件信息可以长久保留，只需用小电流来读取数据，其稳定性更高，误码率很小。在特殊条件下，可以再利用写电流或外磁场将所有的密码单元重置，由于每次操作器件的状态都是随机选取的，所以该器件具有很高的安全性。另外，本发明设计的器件尺寸小，电路简单，可以大规模集成。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.在具有SOT效应的器件中的一个非易失器件的第一对底电极之间通入写电流，使得该非易失器件的铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除写电流，在该非易失器件的第一对底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的反常霍尔电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的反常霍尔电阻值；
S4.根据读取到的所有非易失器件的反常霍尔电阻值，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF；
所述基于具有SOT效应的器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或者拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一对底电极和第二对底电极；由铁磁材料制成的铁磁层；由绝缘材料制成的绝缘层；由重金属材料制成的盖帽层；铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向，第一对底电极和第二对底电极相互正交。
2.一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.在基于具有SOT效应的中的一个非易失器件上施加外磁场，使得该非易失器件的铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除该外磁场，在该非易失器件的第一对底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的反常霍尔电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的反常霍尔电阻值；
S4.根据读取到的所有非易失器件的反常霍尔电阻值，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF；
所述基于具有SOT效应的器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或者拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一对底电极和第二对底电极；由铁磁材料制成的铁磁层；由绝缘材料制成的绝缘层；由重金属材料制成的盖帽层；铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向，第一对底电极和第二对底电极相互正交。
3.一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.在具有SOT效应的器件中的一个非易失器件的两个底电极之间通入写电流，使得该非易失器件的第一铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除写电流，在该非易失器件的上电极和任一底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的电阻；
S4.根据读取到的所有非易失器件的电阻，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF；
所述基于具有SOT效应的器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一底电极和第二底电极、由铁磁材料制成的第一铁磁层、由绝缘材料或者非磁性金属材料制成的非磁性层、由铁磁材料制成的被钉扎的第二铁磁层、由反铁磁材料制成的钉扎层、由重金属材料制成的盖帽层和由导电材料制成的上电极，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向。
4.一种基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.在基于具有SOT效应的中的一个非易失器件上施加外磁场，使得该非易失器件的第一铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；
S2.撤除该外磁场，在该非易失器件的上电极和底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的电阻；
S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的电阻值；
S4.根据读取到的所有非易失器件的电阻，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF；
所述基于具有SOT效应的器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一底电极和第二底电极、由铁磁材料制成的第一铁磁层、由绝缘材料或者非磁性金属材料制成的非磁性层、由铁磁材料制成的被钉扎的第二铁磁层、由反铁磁材料制成的钉扎层、由重金属材料制成的盖帽层和由导电材料制成的上电极，所述第一铁磁层和所述第二铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向。
5.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，写电流的电流密度大于或等于106A/cm2，读电流的电流密度小于105A/cm2。
6.如权利要求2或4所述的方法，其特征在于，外磁场平行于铁磁层方向且磁场强度大于铁磁层各向异性场。
7.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，当非磁性层是由可用于电子隧穿的绝缘材料制成时，第一铁磁层、非磁性层以及被钉扎的第二铁磁层构成MTJ结构，根据TMR效应和欧姆定律，读取该非易失器件的阻值；当非磁性层是由非磁性金属材料制成时，第一铁磁层、非磁性层以及被钉扎的第二铁磁层构成自旋阀结构，根据GMR效应和欧姆定律，读取该非易失器件的阻值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，非磁性层的材料为MgO、Al2O3或者Cu。
9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，非易失器件的电阻值数目随磁畴个数增多而增多，具体如下：
单磁畴时，有两类阻值，低阻态赋值0，高阻态赋值1；
双磁畴时，有四类阻值，按照阻值从小到大依次赋值00、01、10、11。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至9任一项所述的基于具有SOT效应的器件构造可重构PUF的方法。
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