[发明专利]一种基于环形振荡器的强PUF电路的工作方法

说明书

本发明提供了一种基于环形振荡器的强PUF电路及其工作方法，属于信息安全与密码学技术领域。所述基于环形振荡器的强PUF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、数据比较器电路、串并转换电路以及AES加密电路。通过环形振荡器结构结合AES加密电路，实现了强PUF的特性要求。并且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，生成的密钥唯一性、可靠性高，能满足强PUF具有海量激励‑响应对的要求。

技术领域

本发明涉及信息安全与密码学技术领域，特别涉及一种基于环形振荡器的强PUF电路及其工作方法。

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的总和。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提取密钥（就像芯片的生物指纹）。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SRAM存储器结构等。与强PUF具有海量的激励-响应对的特性相比，上述常规PUF只能产生很少数量的随机比特序列，性能无法达到要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于环形振荡器的强PUF电路及其工作方法，以解决现有的PUF电路性能低，生成的密钥不具有唯一性、可靠性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于环形振荡器的强PUF电路及其工作方法，所述基于环形振荡器的强PUF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、数据比较器电路、串并转换电路以及AES加密电路；

其中，所述环形振荡器阵列电路包括N+1路环形振荡器电路，N为不小于128的自然数，每路环形振荡器电路的输出端均与所述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接入相同的脉冲信号；

所述数据选择电路的第一输出端与所述第一计数器电路的输入端连接，所述数据选择电路的第二输出端与所述第二计数器电路的输入端连接；

所述第一计数器电路的输出端与所述数据比较器电路的第一输入端连接，所述第二计数器电路的输出端与所述数据比较器电路的第二输入端连接；

所述数据比较器电路的输出端与所述串并转换电路的输入端连接；

所述串并转换电路的输出端与所述AES加密电路的密钥输入端连接。

可选的，每路环形振荡器电路包括依次串联的1个二输入与非门和2*k+1个非门，二输入与非门的其中一个输入端接入脉冲信号，另一个输入端与同路环形振荡器电路中的第2*k个非门的输出端相接，其中，k为大于0的自然数。

可选的，所述第一计数器电路和所述第二计数器电路的复位信号输入端均接入复位信号。

可选的，所述数据选择电路的选择信号输入端接入选择信号。

可选的，所述第一计数器电路和所述第二计数器电路选用M位计数器，M的取值根据时钟信号的频率进行设置。