[发明专利]一种芯片的物理指纹提取系统和方法

说明书

本发明公开了一种芯片的物理指纹提取系统和方法，该系统包括输入映射变换模块、处理模块以及输出映射变换模块；输入映射变换模块，用于将外部激励信号A映射为激励信号B；处理模块，用于将激励信号B传输至芯片，并根据激励信号B得到芯片的响应信号B′；输出映射变换模块，用于将响应信号B′映射为响应信号A′，激励信号A和响应信号A′构成芯片的物理指纹。本发明的目的在于提供一种芯片物理指纹提取系统和方法，引入了输入/输出映射变换和计数值校正方法，通过改变物理指纹中激励bit和响应bit之间的线性关系，提高芯片物理指纹的随机性；通过对RO计数值进行补偿，提高芯片物理指纹的稳定性。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种芯片的物理指纹提取系统和方法。

背景技术

通信设备在工业、商业、军事等领域的应用日益广泛，现有的安全可信技术依赖大计算量、高复杂度的认证鉴权方法，该类方法难以满足无人值守通信节点的轻量级、低功耗、高可靠信息安全要求。同时由于各类攻击手段层出不穷，传统认证技术对于移动终端的有效防护能力逐渐退化，因此迫切需要一种适用于无人值守通信设备的新型轻量级高可靠身份认证技术。借鉴生物指纹的概念，人们提出了硬件物理指纹/物理不可克隆函数(Physical UnclonableFunction，PUF)的概念，利用硬件在加工过程中由于工艺问题导致的随机性误差，实现硬件物理指纹特征的提取，可用于对无人值守设备的身份认证、数据加密等方面。

近年来，可编程逻辑器件中的FPGA已逐渐成为各类通信设备的核心组成部分，采用FPGA芯片设计实现物理指纹的提取具有设计成本低、灵活程度高、开发周期较短以及可重复配置等优点，具有更高的通用性与易实现性，已成为当前PUF设计的热点。目前，国内还未有体系化的物理指纹芯片产品，综合分析当前芯片物理指纹领域研究情况，主要存在以下技术问题：芯片加工过程中存在加工系统误差，由于系统误差的存在使得芯片物理指纹具有一定的规律性和可被预测性，尤其在同一批次的芯片中这种现象较为明显，如何提高物理指纹的随机性是物理指纹提取的关键技术问题；物理指纹技术通过提取硬件的特征信息生成物理指纹，以ROPUF为例，通过计数器值的比对生成物理指纹中的响应bit，由于工作电压、环境温度、器件老化等因素，计数器的值也存在波动，当计数器的波动区间大于差值区间时，响应bit有出现bit反转的可能，如何提高物理指纹的稳定性也是物理指纹芯片的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片的物理指纹提取系统和方法，在该物理指纹提取系统或该物理指纹提取方法中引入了输入/输出映射变换和计数值校正，通过改变物理指纹中激励bit和响应bit之间的线性关系，提高芯片物理指纹的随机性；以及通过对RO计数值进行补偿，提高芯片物理指纹的稳定性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种芯片的物理指纹提取系统，包括输入映射变换模块、处理模块以及输出映射变换模块；

所述输入映射变换模块，用于将外部激励信号A映射为激励信号B；

所述处理模块，用于将所述激励信号B传输至所述芯片，并根据所述激励信号B得到所述芯片的响应信号B′；

所述输出映射变换模块，用于将所述响应信号B′映射为响应信号A′；其中，所述激励信号A和所述响应信号A′共同构成所述芯片的物理指纹。

进一步地，所述处理模块包括RO选择逻辑单元、RO阵列单元、计数通道单元以及比较对单元；

所述RO选择逻辑单元，用于将激励信号B拆分为若干个子激励信号C；

所述RO阵列单元，包括若干个RO电路，任意一个所述子激励信号C同时输入至两个RO电路中以生成不同的频率响应；

所述计数单元，用于记录所述不同频率响应的频率值；