[发明专利]用于实现物理不可克隆函数的电路以及相应的运行方法

说明书

本发明涉及一种用于实现物理不可克隆函数的电路，该电路包括n个延时通路可配置的振荡器，其中n为偶数，并且所述振荡器分别具有频率f₀，f₁，……f_n‑2，f_n‑1，并且所述n个振荡器被分为n/2组，每组包含两个振荡器，每个振荡器包括m个延时单元组，并且每个延时单元组包括至少两个延时单元，该电路被配置为：接收挑战；通过选择延时单元形成延时通路；以及获得每组两个振荡器的频率差值并对其进行取值；将频率差值累加并根据累加和得到1比特响应。此外，本发明还涉及运行该电路的方法。

技术领域

本发明总的来说涉及硬件安全领域，具体而言涉及一种用于实现物理不可克隆函数的电路以及相应的运行方法。

背景技术

物理不可克隆函数(PUF)是一种应用于集成电路芯片安全领域的新方法。PUF是一种芯片领域的“生物特征”识别技术，也可以称之为“芯片指纹”技术。PUF从各个芯片中提取每个芯片特有的“指纹”信息，这些“指纹”信息可以用来验证芯片的真伪、保护存储器中的数据，在芯片的安全和防伪领域有着巨大的应用前景。

这种“指纹”信息的原理在于，不同芯片在制造过程中总会产生许多不可避免的个体差异。芯片的制造差异来自两个方面，一个是芯片的固有结构差异，另一个就是制造过程中由于外界条件的影响所产生的随机差异。芯片是通过晶片经显影、刻蚀等步骤制成的，而且即使是同一晶棒上切下来的晶片，它们也存在各自的结构差异，这种物理结构差异称为芯片的固有结构差异；芯片在制造的过程中，由于温度、电压等外界条件的随机差异，制造出的芯片不可避免地具有差异性(即使芯片的版图是完全一致的)，这种差异称之为芯片的随机差异。通过提取芯片在制造过程中所产生的差异，就能够生成芯片独特的“指纹”信息，这些“指纹”信息即使是芯片的制造商也无法复制和预测。

PUF的种类有很多，适合在智能卡中实现的PUF包括SRAM PUF、仲裁器PUF和振荡器PUF。其中振荡器PUF由于其稳定的特性、较好的可实现性以及较高的物理安全性受到了广泛的关注。最初的振荡器PUF通过对振荡器频率进行两两比较来得到一位响应，其挑战响应空间非常小，因此其应用十分受限。改进的振荡器累加和PUF将振荡器频率两两比较之后的差值进行累加，由挑战来决定振荡器频率差值的取值。由于PUF需要较大的挑战响应空间来满足各类应用场景，例如身份认证协议，因此振荡器累加和PUF需要大量的振荡器来实现。为了满足安全性，通常对于挑战响应空间的要求为2⁶⁴，因此振荡器累加和PUF中至少需要128个振荡器。另外，由于振荡器的数目增加，为了对这些振荡器进行频率测量和比较的逻辑也相应增加。为了节省面积和降低功耗，可以将多个振荡器共用频率测量和比较逻辑，但是会大幅增加频率测量的时间。因此，为了实现符合安全要求的挑战响应空间，振荡器累加和PUF需要较大的时间、面积和功耗开销。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于实现物理不可克隆函数的电路以及相应的运行方法，所述电路和方法能够在满足安全性要求并且不增加频率测量时间的同时减少振荡器的数目，从而降低芯片面积和功耗开销。