随着物联网和大数据时代的到来,信息技术高速发展。智能设备呈现出爆炸性增长,在给人们的生活带来巨大便利的同时也面临着严峻的信息安全问题。基于软件的加密方式面临着容易被攻击破解的风险,已不能满足当前信息安全的需求。基于硬件的加密方式一般利用物理的随机性产生加密密钥,硬件加密方式具有较高的防破解能力,因而受到了国内外研究机构的广泛关注。基于硬件的信息安全器件包括物理不可克隆函数与真随机数发生器等。物理不可克隆函数一般利用器件在制备过程中的随机差异来构造,常用于硬件的认证以及密钥的生成与存储。硬件真随机数发生器利用物理噪声,例如热噪声、电报噪声、随机抖动等来产生随机序列,硬件真随机数发生器经常用于通信系统的信息加密。本论文主要研究了基于自旋电子器件实现的物理不可克隆函数器件与真随机数发生器器件。首先,在垂直磁化的Ta/CoFeB/MgO异质结中,利用界面各向异性能的随机分布构造了磁性物理不可克隆函数。该物理不可克隆函数的片间汉明距离接近0.5,表明具有较高的安全性,并且其片内汉明距离约为0.1,表明具有非常好的稳定性。其次,在具有纳米尺寸(200×200 nm~2)的Ta/CoFeB/MgO垂直磁化异质结中,利用无外磁场下自旋轨道力矩翻转磁矩的随机特性,实现了二态真随机数发生器,产生的随机序列经过轻量级后处理可以通过NIST SP800-22测试。并在500×500 nm~2尺寸的Ta/CoFeB/MgO垂直磁化异质结中实现了三态真随机数发生器。相较于传统的CMOS信息安全器件,基于自旋的物理不可克隆函数与真随机数发生器可以提供更高安全性的加密密钥和随机密码,并且具有结构简单、易于集成、高速率、低功耗的优势,具有广阔的研究和应用前景。