[发明专利]可调节的物理不可克隆函数

说明书

本发明涉及可调节的物理不可克隆函数。本发明涉及一种由作为物理不可克隆函数的微机电系统（11a、12a）以及可控制的调节环节（11b、12b）构成的装置（11、12），作为对挑战的反应，所述微机电系统按照映射规则来输出应答，所述调节环节被设立为：按照控制指令来调节影响所述映射规则的周围环境参数。

技术领域

本发明涉及一种具有微机电系统作为物理不可克隆函数的装置。

背景技术

所谓的物理不可克隆函数（英文physical unclonable function，PUF）是实体单元，所述实体单元借助于映射规则来将挑战（challenge）映射到应答（response）上，其中该映射规则基于单元的物理特性。PUF通常分析单元的制造波动并且据此生成单独的应答。所述单独的应答在不同的单元之间有变化并且因而可以被用于标识单元和/或被用于生成（密码）密钥。

PUF的示例是硅物理随机函数（Silicon Physical Random Function，SPUF），所述硅物理随机函数分析在集成电路中的晶体管和导线的延迟的变化，以便标识芯片。仲裁器PUF（Arbiter PUF）使用仲裁器（例如D-触发器（D-Flipflop）），以便识别在两个相同的初试路程中的区别。在涂层PUF中，检测并且分析集成电路的涂层的局部电阻，以便标识芯片。

从US 2015/0200775 A1公知基于微机电系统（MEMS）的PUF。

借助于PUF可以生成密码密钥，用于对数据进行加密或者用于在不同的计算单元之间安全地交换数据或用于在不同的计算单元之间安全地通信。由PUF生成的密钥的优点尤其是：不必存储该密钥（这是安全性易受影响的），而是可以在需要时通过实施PUF来生成该密钥。这对于如下情况是特别有利的，在所述情况下，必须使多个构造相同的单元适应个别需要，诸如在数据传输方面适应个别需要，当前的示例是所谓的“物联网（Internet ofThings，IoT）”。

发明内容

按照本发明，提出了具有专利独立权利要求的特征的一种由作为物理不可克隆函数的微机电系统和用于改变函数的映射规则的可控制的调节环节构成的装置、一种由多个这种装置构成的组件和一种由控制单元和至少一个这种装置构成的系统。有利的设计方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。

本发明基于如下措施：将MEMS用作PUF并且在此借助于相对应的可控制的调节环节来改变在挑战与应答（challenge-response）之间的映射规则。因此，通过对调节环节的经改变的操控可以生成对同一挑战的不同的应答。

诸如在开头提到的US 2015/0200775 A1中描述的那样，微机电系统可以被用作PUF，其中映射规则基于机械特性和/或电特性，诸如谐振频率、弹性常数关于谐振频率的刚度、系统的电容或由于形状改变而引起的电容改变、释放电压、扳动电压之差、电阻、电感等等。这些机械特性和/或电特性受到周围环境参数、如尤其是温度和压强影响，使得这些特性以及借此映射规则同样可以通过有针对性地改变周围环境参数、尤其是通过作为调节环节的加热和/或冷却元件来有针对性地改变周围环境参数来被改变。

这也解决了传统的PUF的问题，所述传统的PUF通常只能生成对挑战的少量不同的应答，大多数只能生成一个对挑战的应答。后来，利用按照本发明的解决方案，在需要时尤其是也可以根据不同的应答生成多个不同的密码密钥。这能够实现对密码密钥的重新配置，这提高了PUF的价值。视调节环节的设计方案而定，该调节环节有利地也可以被用于破坏PUF，例如通过高热量来破坏PUF。以这种方式可以持久地防止读出被加密的信息。破坏微机电系统的另一有利的可能性在于利用所谓的吸合效应（Pull-In-Effekt）。在此，相邻的导电结构（电极）被加载高电压，使得这些相邻的导电结构由于静电引力而吸引和接触，这导致了微机电结构的破坏。