基于非线性处理的APUF抗建模攻击设计与实现

发布时间：2022-11-09 19:07

　　随着近几年安全漏洞事件频发,系统安全的重要性越来越受到人们的重视,尤其是物理安全。而物理不可克隆函数的提出,可以为物理安全提供一个很好的解决方案,包括身份认证,密钥存储等方面。但是基于判决器的物理不可克隆函数（Arbiter PUF,APUF）本身具有很好的线性模型,很容易被机器学习算法建模出其响应行为,从而使其丧失不可克隆的性质。因此需要为APUF设计防护结构,增强抗建模攻击能力,从而可以保证其应用系统的安全性。本文以APUF为基础,考虑防护结构的资源占用情况及抗建模攻击能力,同时设计出了两种防护结构:树形防护结构和级联弱PUF防护结构。树形防护结构主要对APUF的输出进行分散并重新组合,可以组合出多个APUF模型,从而可以增强原APUF的抗建模攻击能力。级联弱PUF结构主要利用弱PUF特性,对原始激励进行处理,使得原始激励到处理后的激励为多映射关系,打乱原始激励与APUF的线性关系,从而可以增强抗建模攻击能力。本文在Altera FPGA平台,实现了四种APUF结构,包括原始APUF,带有树形防护的APUF,带有级联弱PUF的APUF以及带有两种防护结构的APUF。本文通过Line... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容和设计指标
    1.4 论文组织结构
第二章 物理不可克隆函数与机器学习算法
    2.1 物理不可克隆函数
        2.1.1 APUF电路结构
        2.1.2 物理不可克隆函数的特性
    2.2 典型的APUF抗建模攻击结构
        2.2.1 APUF建模模型
        2.2.2 XOR-APUF结构
        2.2.3 FF-APUF结构
        2.2.4 Multi-APUF结构
        2.2.5 MISR-APUF结构
    2.3 基于机器学习算法的APUF建模攻击研究
        2.3.1 Linear Regression算法
        2.3.2 Logic Regression算法
        2.3.3 SVM算法
        2.3.4 BPNN算法
    2.4 典型的APUF防护结构的建模攻击
    2.5 本章小结
第三章 基于树形结构的响应后处理的抗建模攻击设计
    3.1 对响应防护结构的相关研究设计
    3.2 树形APUF结构的设计
    3.3 带有树形防护的APUF的FPGA实现
    3.4 树形APUF的建模攻击分析
    3.5 本章小结
第四章 基于级联弱PUF结构的激励预处理的抗建模攻击设计
    4.1 激励预处理结构的相关研究设计
    4.2 级联弱PUF预处理结构设计
    4.3 基于级联弱PUF的激励预处理结构的APUF的FPGA实现
    4.4 带有级联弱PUF的激励预处理结构的APUF抗建模攻击分析
    4.5 本章小结
第五章 抗建模攻击结构指标分析及芯片版图设计
    5.1 基于FPGA平台的APUF实现及建模分析
        5.1.1 APUF的 FPGA实现
        5.1.2 关于APUF单元在FPGA内部的不同例化方式对建模攻击的影响分析
    5.2 基于FPGA平台的带有两种防护结构的APUF实现及建模攻击
    5.3 芯片版图设计
        5.3.1 芯片系统设计
        5.3.2 芯片版图实现
        5.3.3 LVS和 DRC
        5.3.4 芯片版图
    5.4 FPGA实验结果对比
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]物理不可克隆函数综述[J]. 张紫楠,郭渊博.  计算机应用. 2012(11)



本文编号：3704734