基于PUF的硬件电路防护技术研究

发布时间：2024-06-30 21:02

　　物理不可克隆函数(PUF)是一种反映芯片独特的激励-响应的函数。其激励-响应关系取决于芯片深亚微米级的变化,即工艺偏差。工艺偏差由芯片制造过程中不可控的差异引起的,这种差异能够生成芯片间独特的指纹信息。该信息在芯片的后续制造流程中能一直保持不变,且对于每块芯片都是唯一的。而且由PUF生成的指纹信息对物理探测敏感,可以抵抗侵入性攻击。工艺偏差的复杂性和随机性又使得PUF响应难以被克隆。由于PUF的这些性质使得它在设备认证、加密密钥生成和知识产权(IP)保护等方面有着很广阔的应用前景。本文重点研究了如何在不增加PUF电路成本的前提下,生成更多的激励-响应对(CRPs)。主要通过两种方法达到增加CRPs的目的,一是通过可配置RO(RRO)和身份映射函数的应用;二是在文献[63]的基础上做PUF结构的改进。本文主要完成的工作如下:(1)设计一种新的可配置震荡环结构。本文设计一种SRAM和RRO相结合的RRO结构,称作SRRO,并将其在FPGA上做成硬宏。(2)含有身份映射函数的RRO PUF硬件实现。设计含有身份映射函数的RO PUF在FPGA上的实现架构。RO震荡环网络的元素是本文设计的SR...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
缩略词表
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景与意义
    1.2 PUF的国内外研究现状
    1.3 本文的主要工作
    1.4 本论文的结构安排
第二章 物理不可克隆函数
    2.1 基于IC设计流程的可信性方法总结
    2.2 PUF原理
    2.3 PUF的分类
    2.4 PUF的属性
        2.4.1 不可克隆性
        2.4.2 可靠性
        2.4.3 唯一性
        2.4.4 稳定性
        2.4.5 不可预测性
    2.5 PUF的经典结构
        2.5.1 RO PUF
        2.5.2 Arbiter PUF
        2.5.3 SRAM PUF
        2.5.4 其它类型的PUF
    2.6 本章小结
第三章 PUF系统模型和RRO硬核设计
    3.1 PUF系统模型
        3.1.1 样本测量
        3.1.2 身份映射
        3.1.3 量化
    3.2 身份映射函数的优点
    3.3 SRRO设计
        3.3.1 RRO的设计
        3.3.2 SRRO Hard Macro的实现
        3.3.3 RO Hard Macro调用和位置约束
    3.4 本章小结
第四章 包含身份映射函数的RRO PUF硬件实现
    4.1 RRO PUF实现
        4.1.1 样本测量
        4.1.2 身份映射
        4.1.3 量化
    4.2 软件仿真和硬件实现
    4.3 结果分析
        4.3.1 硬件资源评估
        4.3.2 PUF响应评估
    4.4 安全性分析
        4.4.1 响应的一致性
        4.4.2 激励的条件响应
        4.4.3 响应依赖性测试
        4.4.4 差分攻击
        4.4.5 通过机器学习建立模型
        4.4.6 反向工程攻击
    4.5 本章小结
第五章 一种基于RO电路的PUF结构改进
    5.1 原理介绍
        5.1.1 采样分析
        5.1.2 触发器亚稳态分析
    5.2 设计方案
        5.2.1 非等阶振荡器网络
        5.2.2 映射阶段
        5.2.3 选择电路
    5.3 结果分析
    5.4 安全性分析
    5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3999067