[发明专利]基于FPGA的环形振荡器物理不可克隆函数的可靠性检测方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的环形振荡器物理不可克隆函数的可靠性检测方法，包括：1、利用环形振荡器物理不可克隆函数的约束文件定义其在FPGA上的位置，并仅用周围逻辑单元；2、利用汉明距离衡量所述环形振荡器物理不可克隆函数所产生响应序列的可靠性；3、利用汉明距离衡量所述环形振荡器物理不可克隆函数周围添加干扰电路后的所产生响应序列的可靠性；4、比较无干扰电路和添加干扰电路所产生响应序列的可靠性。本发明能够快速检测响应位的可靠性，从而提高PUF的可靠性，以保证物理不可克隆函数能在安全领域上广泛应用。

技术领域

本发明涉及信息安全领域及集成电路领域，特别是涉及一种利用周围逻辑干扰电路检测物理不可克隆函数(PUF)可靠性的方法。

背景技术

随着社会信息化发展的进一步深入，信息安全问题越来越受到人们的重视。被认为能永久存储和不被攻击者所知的密钥是传统密码学的核心，然而，很多攻击方法已经能够破解密钥，使得密钥不足以保证硬件的安全。为有效解决此安全问题，物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function,PUF)应运而生，它作为一种新型的加密原语，能更加有效地应对安全问题。

PUF的工作原理是通过提取集成电路在生产制造过程中由于制造工艺的不同而引入的随机差异，来实现唯一的、不可克隆的加密信息(响应)的生成。与传统的加密方法相比，PUF是从材料本身提取它固有的物理特性，而不是存储在非易失性存储器，所产生的密钥有着低成本、易挥发、不可预测和结构简单等优势，因此，在信息安全领域得到了广泛应用，如芯片加密、密钥存储、身份认证、IP核保护和ID产生等。

目前已经提出的物理不可克隆函数已有很多种，例如基于环形振荡器的物理不可克隆函数、基于SRAM的物理不可克隆函数和基于仲裁器的物理不可克隆函数。其中，基于环形振荡器的物理不可克隆函数是比较流行且易于在FPGA上实现的PUF，它是利用不同器件在制造时的工艺偏差不同来比较环形振荡器之间的振荡频率的差异来输出响应，且每个环形振荡器具有相同的结构。

当PUF满足对称布局布线实现于FPGA时，制造过程产生的工艺偏差决定了PUF的输出并且导致结果是随机的。但是，当操作环境(温度、电压和器件老化等)造成的波动大于或接近这个偏差时，工艺偏差就不能作为输出的主导因素，输出就会随着操作环境的变化而变化，由此导致了PUF输出不稳定的可靠性问题。

针对物理不可克隆函数可靠性比较低的问题，目前主要存在以下几种解决方案。例如：提高PUF可靠性传统的方法是ECC(Error Correction Codes)和预配置，所谓的预配置，比如，调整环形振荡器配置从两个具有相同布局布线的环形振荡器中选择频率差异最大的，来提高可靠性，但是这两种方法大大增加了设计的复杂性和资源开销，而且可能会泄露重要的信息。另一种广泛应用的方法是改变温度、电压等来检测PUF响应的复现情况，以此选择可靠的PUF，但该方法面临两个问题：一方面，需要增加额外的资源开销，包括特定的电压调节电路和温箱设备等，另一方面，把温度调整到另一个刻度需要大量的时间和精力，并且由于温度存在一定的浮动，很难把它固定在设定的温度。

综上可知，现有技术在实际使用中显然存在不便和缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于FPGA的环形振荡器物理不可克隆函数的可靠性检测方法，以期能够快速检测响应位的可靠性，从而提高PUF的可靠性，以保证物理不可克隆函数能在安全领域上广泛应用。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

本发明一种基于FPGA的环形振荡器物理不可克隆函数的可靠性检测方法的特点按如下步骤进行：

步骤1、利用环形振荡器物理不可克隆函数的约束文件定义所述环形振荡器物理不可克隆函数在FPGA上的位置；再利用所述环形振荡器物理不可克隆函数的约束文件禁用所述环形振荡器物理不可克隆函数周围的逻辑单元；