[发明专利]一种防御侵入式攻击的芯片指纹提取电路

说明书

本发明公开了一种防御侵入式攻击的芯片指纹提取电路，包括译码器、可配置时序控制器、n个锁存器和由m×n个PUF单元按照m行n列排布形成的PUF单元阵列，每个PUF单元分别包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管和第十NMOS管；优点是工艺简单，工艺迁移性优异，在不同工艺下性能变化较小，可靠性较高，且面积开销和直流功耗均较小。

技术领域

本发明涉及一种芯片指纹提取电路，尤其是涉及一种防御侵入式攻击的芯片指纹提取电路。

背景技术

近些年来，随着各种物理攻击技术的快速发展，芯片的合法身份标识很容易被窃取并且被复制，导致大量的克隆芯片的出现而扰乱了芯片行业的正常秩序。芯片指纹技术作为一种新型的安全的硬件对象标识技术，正逐步广泛地应用于芯片身份认证和安全防伪等领域。芯片指纹提取电路基于某种物理特性为每一块芯片生成独特的指纹ID，用于标识不同芯片的合法身份，正常工作时，通过读取芯片的指纹，就可以判断芯片的身份。芯片指纹技术作为一种新的对象标识技术，在实现复杂度和抵抗物理攻击方面具备很强的优势，因此对芯片指纹提取技术的研究已经成为当前芯片安全认证和防伪领域的一个研究热点。然而传统芯片指纹技术具有很大的局限性，传统的芯片指纹ID一般被存储于如ROM等非易失介质中，在芯片工作过程中通过读取实现身份识别。这种方式存在两个局限性：一、ID需要在芯片出厂前通过激光熔丝或者E-熔丝等特殊工艺处理方式写入到ROM等非易失介质中，这本身对芯片的制造工艺有特殊要求，同时也需要额外的成本开销；二、ID存储在ROM等非易失介质中，这种方式很不安全，通过版图反向工程和微探测技术等物理攻击方式较容易获取非易失介质中的指纹ID，从而很容易被复制和伪造。因此亟需一种简单的安全的芯片指纹ID生成技术，而物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function，PUF)电路正是这样一种新型的芯片指纹提取技术。PUF电路实现简单，无需特殊制造工艺的支持和额外的成本开销，并且具有不可克隆性和防止物理攻击特性，能够有效的避免传统指纹提取方法的缺陷，应用于芯片指纹ID的提取。

采用PUF电路实现的芯片指纹提取，通过捕获芯片制造过程中器件和连线产生的随机工艺偏差，生成无限个指纹ID，用于标识不同的芯片的合法身份。指纹ID要求具有不可克隆性，即使芯片制造商也无法复制，同时产生的指纹ID不可重复，并且每个芯片的指纹ID之间的汉明距离足够大(唯一性)，另外要求指纹ID相对于温度和电源电压变化时保持稳定(可靠性)，否则将无法正确识别芯片，最后强调芯片指纹PUF电路能够有效的抵御芯片反向工程和微探测攻击技术等物理攻击(安全性)，保证芯片指纹ID无法被截取。由于芯片指纹提取电路是利用芯片制造工艺的偏差而生成指纹ID，每块芯片的工艺偏差是随机的，无法预测，所以生成的指纹ID也无法预测，即使一个芯片的ID被截取，芯片指纹提取电路的版图通过反向工程被重构，但是在重新制造过程中工艺偏差情况不一样，故新生成的指纹ID不可能和截取的指纹ID完全一致，即芯片不可能被克隆，同时这种工艺偏差在制造过程中是无法避免的，所以不可克隆性是PUF天生具有的特性。因此，衡量芯片指纹提取电路性能的指标主要包括唯一性、可靠性和安全性三大特性。