[发明专利]一种基于WTA方案的低功耗电流模式PUF

说明书

本发明提供了一种基于WTA方案的低功耗电流模式PUF，包括4‑16译码器A、4‑16译码器B、第一电流源阵列、第二电流源阵列，选择器、WTA电路以及输出判定电路，阵列A输出端与第一电流源阵列输入端相连，4‑16译码器B输出端与第二电流源阵列输入端相连，两个电流源阵列输出端分别与选择器输入端连接，4‑16译码器A与4‑16译码器B分别通过两个对应的电流源阵列A和电流源阵列B中各挑出选择一个电流，并将电流输入选择器中，所述选择器输出端与WTA电路输入端连接，所述WTA电路输出端与输出判定电路输入端连接，通过输出判定电路的输出端进行输出。与现有技术相比，该技术方案的提出实现大大简化了基于WTA的电流测量过程和相关的复杂外围电路，从而导致更低的功耗。

[技术领域]

本发明涉及芯片安全技术领域，特别涉及一种物理不可克隆函数电路。

[背景技术]

现有的PUF(Physical Unclonable Function)实现通常可以分为两类：具有线性CRP的或者说与阵列单元数相关的弱PUF以及具有指数与细胞编号的CRP编号的强PUF。具体而言，现有技术文献1中先前报道的仲裁PUF是典型的强PUF。其工作原理是向两条传输线提供信号脉冲，每条线由N级反相器组成(相同的布局结构)。由于工艺变化，通过两条传输线所需的延迟时间略有不同，这可以通过最后阶段的仲裁器模块来区分。关于弱PUF，文献2记载了SRAM PUF在系统上电时利用SRAM单元的不可预测的初始状:。优点是PUF电路完全与SRAM阵列合并，这不会引入任何附加电路。

电流模式PUF是文献3中报告的另一种弱PUF，其采用时域电流差测(TDCDM)方案来量化失配电流的电流差。不过，其功耗高达11.29μW。而且，电容器对之间的不匹配不容忽视，这会影响充电时间和精度。Wang等人通过阈值处理和参考电流进一步改善了基于电流的PUF的稳定性。然而，需要相当多的复杂外围电路，包括电流控制振荡器(～10.3μW)和数模转换器(～4.48μW)。该方案的总功耗高达27.28μW。在文献4中，除了高功耗之外，没有消除或削弱电流镜不匹配影响的方案。

[发明内容]

在此，我们提出了一种具有赢家通吃(WTA)电流测量方案的电流模式PUF，以低功耗提高PUF的可靠性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于WTA方案的低功耗电流模式PUF，包括4-16译码器A、4-16译码器B、第一电流源阵列、第二电流源阵列，选择器、WTA电路以及输出判定电路，阵列A输出端与第一电流源阵列输入端相连，4-16译码器B输出端与第二电流源阵列输入端相连，两个电流源阵列输出端分别与选择器输入端连接，4-16译码器A与4-16译码器B分别通过两个对应的电流源阵列A和电流源阵列B中各挑出选择一个电流，并将电流输入选择器中，所述选择器输出端与WTA电路输入端连接，所述WTA电路输出端与输出判定电路输入端连接，通过输出判定电路的输出端进行输出。

以上所述的低功耗电流模式PUF，所述WTA电路由2个完全相同的单元组成，每个单元分别包含电流反馈电路和前置比较电路，所有晶体管在亚阈值区域操作，并且引入功率门控电路以关闭不活动的电流分支。

以上所述的低功耗电流模式PUF，第一电流源阵列和第二电流源阵列生成电流I_Ak和I_Bk，用于比较；在每个阵列中，有16个分支电流表示为I₁到I₁₆；并且每个分支包括开关晶体管SM_k和栅极-源极连接的PMOS M_k。

以上所述的低功耗电流模式PUF，所述WTA电路用于比较输入电流I_inAk和I_inBk；如果I_inAk是赢家，则输出V_outA等于1，如果I_inBk是赢家，则输出V_outA等于0。