基于时延的物理防克隆技术研究与实现

发布时间：2017-09-28 01:24

  本文关键词：基于时延的物理防克隆技术研究与实现

  更多相关文章： 物理防克隆函数 微处理器 现场可编程门阵列 认证 密钥生成

【摘要】：物理防克隆函数(Physical Unclonable Function, PUF)是物理安全领域的一种热门技术。凭借防克隆攻击、防篡改以及轻量级等良好的特性,使其在系统认证及密钥生成等安全方面具有广泛的应用前景。随着研究的深入,物理防克隆函数的实现方式越来越多样化,基于时延的物理防克隆函数是其中一种比较成熟的方案,其原理简单、实现方式多样并展现出了良好的物理防克隆特性。本文设计并实现了基于FPGA的微处理器PUF方案,借鉴微处理器指令执行原理提取FPGA阵列上的随机时延作为该物理实体的标签,经过在Spartan6 FPGA平台上测试验证,基本可以满足物理防克隆函数的特性和要求。本文首先介绍了物理防克隆函数的相关定义和属性,分析了基于时延的物理防克隆函数的基本原理,比较和分析了不同实现方式的性能。然后分析了微处理器PUF的基本原理、设计方案并在S3C2440微处理器上进行了验证性测试,测试结果表明该PUF的实现方案具有可行性。接着给出了基于FPGA的微处理器PUF的系统实现方案,包括软硬件平台的介绍、系统结构分析、功能模块设计与仿真,并对该系统方案进行了测试,针对测试结果分析本文所设计的PUF实现方案的相关属性。同时,本文将设计实现的物理防克隆函数电路应用于认证和密钥流生成器中,阐述了认证和密钥流生成器的实现原理,并分析了本文所设计的物理防克隆函数应用于认证和密钥流生成器的方式,最后分析了应用于认证后的效果以及生成的密钥序列的性能,测试结果表明可以有效的实现认证,生成的密钥流序列随机性良好。
【关键词】：物理防克隆函数 微处理器 现场可编程门阵列 认证 密钥生成
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 国内外研究现状8-15
• 1.2.1 物理防克隆技术的发展现状8-13
• 1.2.2 物理防克隆技术的应用13-15
• 1.3 本文研究内容及组织结构15-16
• 第二章 基于时延的PUF技术16-24
• 2.1 相关定义16-17
• 2.2 物理防克隆函数的评价指标17-18
• 2.3 集成电路中的参数差异18-19
• 2.4 基于时延的PUF技术19-22
• 2.4.1 基于时延的PUF相关技术简介19-22
• 2.4.2 基于时延的PUF的性能比较22
• 2.5 本章小结22-24
• 第三章 基于微处理器的PUF设计方案24-32
• 3.1 微处理器的工作原理24-25
• 3.2 微处理器的超频工作性能25-26
• 3.3 基于微处理器的PUF设计方案26-27
• 3.4 实验结果27-31
• 3.4.1 S3C2440处理器简介27-28
• 3.4.2 S3C2440指令执行情况28-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 基于FPGA的微处理器PUF的设计与实现32-58
• 4.1 系统软硬件开发平台32-38
• 4.1.1 硬件开发平台32-33
• 4.1.2 相关硬件资源的使用33-37
• 4.1.3 系统软件平台37-38
• 4.2 微处理器PUF的FPGA实现38-52
• 4.2.1 系统结构38-39
• 4.2.2 各单元模块的设计与实现39-52
• 4.3 系统性能测试52-57
• 4.3.1 单元模块功能测试52-54
• 4.3.2 系统测试54-55
• 4.3.3 PUF属性测试55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 微处理器PUF技术的应用58-68
• 5.1 认证58-59
• 5.2 随机密钥流生成器59-66
• 5.2.1 密钥流生成器的基础知识60-62
• 5.2.2 密钥序列生成器模型描述62-63
• 5.2.3 密钥流生成器的性能分析63-66
• 5.3 本章小结66-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 全文工作小结68
• 6.2 下一步工作展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 攻读硕士期间发表论文及其他科研成果76

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本文编号：933038