silicon Physical Unclonable Functions(硅物理不可克隆函数)

基于延时的硅物理不可克隆函数PUF通过提取芯片制造过程中产生的差异,可以形成金属保护网以抵御物理攻击,并解决敏感信息的存储问题。硅PUF电路利用硅的物理特征和IC加工工艺的变化性,唯一表征每一块硅芯片。精确的对IC加工工艺的变化性进行拷贝、建模以及控制,实际上是不可能的,因此PUF电路不仅使得芯片具有唯一性,而且还可以有效的防止芯片被克隆。

物理不可克隆函数(PUF)是一种新颖的从复杂物理系统中提取“秘密”的技术方法,有望在移动设备身份鉴别、密钥的生成和存储等诸多领域得到广泛应用。

物理不可克隆函数利用内在的物理构造来对其进行唯一性标识,输入任意激励都会输出一个唯一且不可预测的响应。

作为一种新的硬件安全原语,物理不可克隆函数是一种依赖芯片特征的硬件函数实现电路,具有唯一性和随机性,通过提取芯片制造过程中必然引入的工艺参数偏差,实现激励信号与响应信号唯一对应的函数功能。

物理不可克隆函数按照实现方法可分为非电子PUF、模拟电路PUF和数字电路PUF。

非电子PUF

非电子PUF中最具代表性的是Pappu等 [2]  提出的光学PUF,它也是在安全应用中PUF概念的第一个正式描述其次还有Bulens等 [3]  提出的纸PUF和Hammouri等 [4]  提出的CD PUF。

模拟电路PUF

模拟电路PUF中最具代表性的是Tuyls等 [5]  提出的涂层PUF。

数字电路PUF

数字电路PUF目前主要有两种主要实现方法:

基于存储器的PUF

利用存储器单元结构的稳定状态,双稳态逻辑单元由于制造变化差异,导致在不稳定状态向稳定状态转化时有其明确偏向。典型代表有SRAM PUF [6]  、触发器PUF [7]  和蝴蝶PUF [8]  。

基于传播时延的PUF

数字信号的传播会受到MOSFET通道长度、宽度和阈值电压、氧化层厚度、金属线的形状等各种因素的影响,延迟将会有部分随机性。典型代表有基于仲裁器的PUF [9]  、基于环形振荡器的PUF [10]  和基于毛刺的PUF [11]  。

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