[发明专利]一种基于非易失器件阵列构造可重构强PUF的方法

说明书

本发明公开了一种基于非易失器件阵列构造可重构PUF的方法，属于信息安全领域。本发明利用热扰动干扰导致磁性材料磁化方向取向的随机性，利用自旋轨道力矩或者磁场来翻转磁矩，使磁矩偏离其易轴方向，在电流或者磁场撤除后，磁矩会回到易轴方向，在热扰动的干扰作用下，磁矩在易轴方向上会随机取向，将上述非易失器件组成阵列，所有非易失器件的磁矩在一次写操作后会随机分布，读取出来的状态可以用作随机密码，制备出的可重构的PUF，该PUF结构简单，随机性即安全性有保障。本发明中随机密码的可以是二态或者多态的，这与铁磁层的磁畴数目有关，从较少数目的非易失器件提取大量的激励响应对，构成强物理不可克隆函数。

技术领域

本发明属于信息安全领域，更具体地，涉及一种基于非易失器件阵列构造可重构强PUF的方法。

背景技术

现代社会信息技术飞速发展，互联网、物联网技术涉及到我们生活的方方面面，包括衣、食、住、行、金融、社交等。在我们运用互联网的同时，我们也会在上面存储很多个人信息，这些信息关系着我们的隐私或者财产安全等方面。另外智能设备的飞速发展，像智能手机、智能卡也在我们的生活、生产中得到了广泛的应用。如何对这些物理实体进行有效的认证以及加密成为信息安全领域的重要问题。物理不可克隆函数(physical unclonablefunction，PUF)作为一种有效的、高安全性的加密方法被引进了信息安全领域。物理不可克隆函数利用器件在制备过程中形成的随机性产生随机密码，这种随机密码源自物理上的随机性，所以不可被复制，具有高度的安全性。物理不可克隆函数广泛的应用在密钥生成和身份认证领域。

目前广泛使用的物理不可克隆函数是基于Si的器件，一般利用晶体管的延时特性构造PUF。但是基于延时的PUF由于其线性特性容易被破解。基于非易失性的存储器的PUF因此被广泛的研究，例如，基于可重构PUF器的PUF、基于磁性存储器MRAM的PUF。但是这些基于非易失性存储器的PUF一般利用器件在制备过程中的随机性生成随机密码，其基于PUF用于加密的激励响应对CRPs比较少，很难构成强PUF。

专利CN201810239799公开了一种磁性物理不可克隆函数器件及磁性物理不可克隆函数装置，利用钴铁硼薄膜与氧化镁薄膜交界面的各向异性的特点，通过改变不同位置的各向异性制备出基于磁各向异性的物理不可克隆函数器件。然而，其随机性来源于氧化镁薄膜层的厚度不均匀，氧化镁经过一次刻蚀，结构确定随机性就确定，PUF不可重构。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于非易失器件阵列构造可重构强PUF的方法，其目的在于提供一种构造可重构的强PUF。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于非易失器件阵列构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：

S1.在具有SOT效应的器件中的一个非易失器件的第一对底电极之间通入写电流，使得该非易失器件的铁磁层的磁化状态由垂直磁化状态变为水平磁化状态；

S2.撤除写电流，在该非易失器件的第一对底电极之间通入读电流，读取该非易失器件的反常霍尔电阻；

S3.对基于具有SOT效应的器件每个非易失器件，重复步骤S1～S2，读取所有非易失器件的反常霍尔电阻值；

S4.根据读取到的所有非易失器件的反常霍尔电阻值，对各个非易失器件进行赋值，从而实现可重构PUF；

所述基于具有SOT效应的器件由非易失器件阵列组成，所述非易失器件具有多层膜结构，从下至上依次包括：由重金属材料或者拓扑绝缘体制成的自旋流生成层、第一对底电极和第二对底电极；由铁磁材料制成的铁磁层；由绝缘材料制成的绝缘层；由重金属材料制成的盖帽层；铁磁层磁矩的易轴方向是垂直方向，第一对底电极和第二对底电极相互正交。

为实现上述目的，按照本发明的第二方面，提供了一种基于非易失器件阵列构造可重构PUF的方法，该方法包括以下步骤：