基于FPGA的PUF硬件防偽控制研究.pdf

1、隨著集成電路芯片的設(shè)計(jì)與制造分離，知識(shí)產(chǎn)權(quán)核的泄露已經(jīng)成為嚴(yán)重困擾知識(shí)產(chǎn)權(quán)所有者的問(wèn)題。盜版芯片不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，更抑制了市場(chǎng)的良性發(fā)展，集成電路芯片的知識(shí)產(chǎn)權(quán)核保護(hù)技術(shù)日趨重要。硬件防偽技術(shù)是一項(xiàng)通過(guò)一系列措施對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)核進(jìn)行有效保護(hù)的技術(shù)，物理不可克隆函數(shù)(PUF)是當(dāng)前一種新的硬件防偽控制技術(shù)，利用芯片制造過(guò)程中不可控的物理特性產(chǎn)生不可克隆的輸入輸出響應(yīng)對(duì)和密鑰，能夠?qū)χR(shí)產(chǎn)權(quán)核形成有效的保護(hù)。PUF在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)遇到各種因

2、素的影響，導(dǎo)致密鑰存在可靠性與安全性問(wèn)題。因此，研究高效的物理不可克隆性對(duì)集成電路的知識(shí)產(chǎn)權(quán)核保護(hù)有著重大意義。本文著力研究高可靠性與安全性以及低硬件成本開(kāi)銷的PUF，主要的工作有：
　　（1）針對(duì)基于環(huán)形振蕩器PUF因環(huán)境因素造成的可靠性問(wèn)題，提出了類斜率頻率補(bǔ)償設(shè)計(jì)方案。該方案需要額外增加減法器單元，首先測(cè)量芯片上振蕩器在各個(gè)不同溫度點(diǎn)的頻率，其次計(jì)算頻率與溫度的變化關(guān)系并記錄，溫度影響使得基于環(huán)形振蕩器PUF部分輸入輸出響應(yīng)

3、對(duì)不能通過(guò)自身輸出可靠響應(yīng)，因此利用相同溫度變化的振蕩器相互補(bǔ)償，從而輸出可靠響應(yīng)。通過(guò)與基于1-out-of-8方案進(jìn)行硬件成本的開(kāi)銷比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同的硬件成本下，本文所提方案能夠輸出可靠響應(yīng)是基于1-out-of-8方案的1.66倍。
　?。?）針對(duì)基于環(huán)形振蕩器PUF因系統(tǒng)變異影響的安全性問(wèn)題，提出平均值絕對(duì)差思想。芯片上振蕩器的頻率因系統(tǒng)變異影響（熱退火梯度、電路布局等）呈現(xiàn)一定的規(guī)律分布，因而降低了PUF安全性