[发明专利]基于多频率段的物理不可克隆函数结构

说明书

技术领域

本发明属于集成电路芯片安全领域，涉及一种基于多频率段的物理不可克隆函数结构。

背景技术

物理不可克隆函数通过物理设备来实现，它利用了制造设备过程中所固有的必然引入的随机性，具有不可克隆性，可用于产生不可复制的密钥，并且这种密钥只在芯片上电的时候存在，因此大大加强了其安全性，可广泛用于智能卡，信用卡等安全领域。

物理不可克隆函数的种类很多，本发明主要针对基于振荡器的物理不可克隆函数。

传统的基于振荡器的物理不克隆函数的结构如图1所示。其端口包括：

各个振荡器的使能信号输入端(图中未标出)，用来接收振荡器的使能信号，控制振荡器的开与关；

激励输入端(输入激励端)：用来接收外围的激励；

响应输出端(输出端)，用来将该结构的响应输出；

还有整个电路的时钟信号和复位信号(图中未标出)。

如图1所示，传统的基于振荡器的物理不可克隆函数由多个振荡器、一个N选二多路复用器、两个计数器和一个比较器组成，振荡器的输出时钟接到N选二多路复用器的数据输入端，N选二多路复用器的选择位输入端与外围的激励信号相连，N选二多路复用器输出的两个时钟信号分别与两个计数器的时钟输入端相连，用来触发计数器，两个计数器的计数值输出端与一个比较器的数据输入端相连，比较结果作为响应输出。

这种结构的物理不可克隆函数，主要是通过输入激励来选择两个用于比较的振荡器，振荡器的频率快慢通过计数器来比较，当其中一个计数器达到一定值时，比较器对两个计数值进行比较，比较结果作为响应输出。响应输出的同时将计数器清零以准备好为下两个比较的振荡器做准备。

由于振荡器都是由同一个硬宏单元例化得到，因此各个振荡器之间完全相同，但是由于制造上的不确定性，振荡器之间的频率会有微小差异，这些差别人为不可控。当计数周期足够长时，两个振荡器之间的频率差异会被放大，因而很容易得到比较的结果。但是由于比较的结果完全是由制造上的不可控性决定，因此哪怕给予了精确的制造工艺也很难将上述电路复制。

但是，该结构中的振荡器是由奇数个反相器构成的环状电路，哪怕是可重构的振荡器其在产生响应过程中也只是利用了其中的一种频率，因此该结构在产生响应的过程中振荡器的振荡频率固定不变，攻击者可以通过数学建模的攻击方式来将其破解。

由于振荡器的频率固定，因此各个振荡器之间的频率快慢顺序也固定不变。如果对该结构按一定的顺序施加适当的激励，很容易地就可以得到各个振荡器之间的快慢顺序，有了这个顺序表就可以预测所有激励下的响应了。

发明内容

为了克服现有的物理不可克隆函数的安全性较差的不足，本发明提供了一种能有效避免现在最常用的数学建模攻击，提高安全性的基于多频率段的物理不可克隆函数结构。

为了解决上述技术问题提出的技术方案为：

一种基于多频率段的物理不可克隆函数结构，包括可重构的振荡器、频率调节电路、N选二多路复用器、计数器和比较器；

多个可重构振荡器组成振荡器阵列，所述振荡器的输出端与一个N选二的多路复用器的输入端相连，振荡器与门的输入端与外围使能输入信号相连；

N选二多路复用器的选择输入端与外围的输入激励相连；

N选二多路复用器的两个输出端分别与两个计数器的时钟信号相连；

两个计数器的复位信号端与系统的复位信号相连，两个计数器的输出端分别与比较器的输入端相连；

比较器的输出端与频率调节电路的输入端相连，比较器的复位信号端与系统的复位信号相连；

频率调节电路的输出端与振荡器组中那些三态缓冲器的第二输入端相连，频率调节电路的时钟信号输入端与系统的时钟信号相连，频率调节电路的复位信号端与系统的复位信号相连；

所述频率调节电路由线性反馈移位寄存器、二选一多路复用器和译码器组成；两个线性反馈移位寄存器的输入端均与一个二选一多路复用器的数据输出端相连；二选一多路复用器的选择位输入端与外围的输入相连，二选一多路复用器的第一数据输入端和第二数据输入端分别与两个线性反馈移位寄存器的输出端相连；译码器的输入端与二选一多路复用器的数据输出端相连。