[发明专利]基于环形振荡器的物理指纹生成电路及方法

说明书

本申请揭示了一种基于环形振荡器的物理指纹生成电路及方法，该电路包括环形振荡器阵列电路、数据选择电路、第一计数器电路、第二计数器电路以及数据比较器电路，环形振荡器阵列电路包括至少两路环形振荡器电路，每路环形振荡器电路的输出端均与数据选择电路的数据输入端连接，每路环形振荡器电路的输入端均与同一个脉冲信号发射端相连；数据选择电路的两个输出端分别与两个计数器电路的输入端连接；两个计数器电路的输出端分别与数据比较器电路的两个输入端连接。本申请最大程度地对电路结构进行复用，大大降低电路开销，其结构灵活、精简，电路规模小、成本低，生成速度快，可靠性高，能满足物理指纹信息唯一性、可靠性的要求。

技术领域

本发明属于信息安全与密码学的技术领域，涉及一种基于环形振荡器的物理指纹生成电路及方法。

背景技术

环形振荡器，是由一串奇数个串联连接的反相器构成的一个闭环回路。其振荡周期等于从第一阶到最后一阶的全部延迟总和。因此，数字信号的传播延迟大小是信号在路径上遇到元器件的电子参数的函数。这些元器件电子参数包括MOSFET沟道长度、宽度和阈值电压等，它们都会不同程度的受到制造过程中不可控差异的影响。所以，数字信号的传播延迟将会呈现部分随机性，受到具体物理实体的影响，在测量时呈现出物理不可克隆的特性。

截止目前，国外市场已经有成熟的物理不可克隆函数（PUF）产品商用。美国Intrinsic-ID公司作为行业领导者，近年来，先后将自己的产品应用到智能卡、汽车、FPGA、物流和政府领域，尤其是与NXP、Altera的深度合作。该公司的解决方案不仅为下一代芯片免除了存储密钥对非易失性存储器的需求，还可以应用于现有系统。利用PUF，能在需要时从芯片的硬件特性中（就像芯片的生物指纹）提取密钥。因为在电源关闭状态下并没有密钥，黑客便无法破解任何信息，而传统上密钥都是永久存储在非易失性存储器中。

现有数字PUF技术中，主要采用环形振荡器结构、仲裁器结构和静态随机存取（英文：Static Random-Access Memory，简称：SRAM）存储器结构等。其中，SRAM存储器结构PUF需要后续大规模、高性能纠错算法电路配合，才能达到实际使用的性能要求；仲裁器结构PUF同样有着高电路开销的问题，并且电路布局布线上苛刻的对称性要求导致在FPGA这种内部LUT单元布线固定的环境下，唯一性性能很不理想。

发明内容

为了解决相关技术中采用环形振荡器结构、仲裁器结构和SRAM存储器结构实现PUF时，电路开销过高的技术问题，本申请提供了一种基于环形振荡器的物理指纹生成电路及方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种基于环形振荡器的物理指纹生成电路，该基于环形振荡器的物理指纹生成电路包括环形振荡器阵列电路、数据选择电路、第一计数器电路、第二计数器电路以及数据比较器电路，其中：

该环形振荡器阵列电路包括至少两路环形振荡器电路，每路环形振荡器电路的输出端均与数据选择电路的数据输入端连接，每路环形振荡器电路的输入端均与同一个脉冲信号发射端相连，脉冲信号发射端用于发射使能脉冲信号；数据选择电路的第一输出端与第一计数器电路的输入端连接，数据选择电路的第二输出端与第二计数器电路的输入端连接；第一计数器电路的输出端与数据比较器电路的第一输入端连接，第二计数器电路的输出端与数据比较器电路的第二输入端连接。

由于每块晶圆的每个部分在制造过程中会有细微的工艺漂移，反映到电路上，同样的电路结构会有不同的电路时延，并且这种特性不可预知、不可克隆。通过利用同一使能脉冲信号控制多个环形振荡器电路，并利用数据选择电路、计数器电路和数据比较器电路的配合，实现了将各环形振荡器电路的电路特性差异量化为可计数的环形振荡器频率差异，并在此基础上最大程度地对电路结构进行复用，大大降低电路开销，其结构灵活、精简，电路规模小、成本低，生成速度快，可靠性高，能满足物理指纹信息唯一性、可靠性的要求。