[发明专利]基于四元组比较策略的RO PUF密钥生成方法

说明书

本发明公开了一种基于四元组比较策略的RO PUF密钥生成方法，通过构建环形振荡器序列，获取该环形振荡器序列振荡频率并进行存储；将环形振荡器序列划分为多个环形振荡器四元组，进行两两不重复配对，得到配对方式下的环形振荡器比较对，并计算比较对各振荡频率差间绝对值之和，选择最大值对应的比较对为最优配对方式，并将该比较对的位置信息与振荡频率信息存储到环形振荡器比较库；通过输入激励对环形振荡器比较库中环形振荡器比较对进行判决，生成密钥比特数，并组合为不同位长密钥；本发明解决了基于环形震荡器物理不可克隆函数生成中响应稳定性不好的问题，提供了一种抗扰动力更强、稳定性更高、更安全有效且复杂度低的密钥生成方法。

技术领域

本发明涉及环形振荡器的密钥生成技术领域，具体涉及一种基于四元组比较策略的RO PUF密钥生成方法。

背景技术

由于数字应用程序的安全性依赖于可信赖的硬件平台，因此采用现场可编程门阵列(FPGA)作为硬件实现技术的现场应用程序的要求面临着新的设计挑战。传统上，二进制密钥存储在可编程片上非易失性存储器(NVM)中，此方法容易受到攻击，因为密钥以电子形式永久存储。物理不可克隆函数(PUF)已被提出作为一种更安全的替代方法。密钥被存储在IC的固有物理特征中，从而带来了一些显着的安全优势。PUF利用电子设备固有的不可再现特性来保证密码系统的物理不可破性，而不是依赖某些特定的保护组件，这些组件可能很容易通过物理手段被入侵来保存密钥。

当前已有多种PUF结构，如环形振荡器(RO)PUF，仲裁器PUF，SRAM PUF，DRAM PUF和RS锁存器PUF。其中，RO PUF凭借其易实现性和高安全性成为FPGA实现的最佳选择。RO PUF是目前最实惠的密钥来源，因为它们不需要对称设计，可以很容易地在每种硬件技术上实现，甚至是在低端FPGA设备系列上，并受到了研究界的极大关注。RO PUF的典型工作流程包括以下步骤：制造变化提取、密钥选择生成、安全性和可靠性测试。

对于RO阵列，具有以下分布特性：

(1)RO阵列中相邻位置上的RO频率值较为接近。

(2)RO阵列中相邻位置上的RO均方差更相近，波动幅度近似相同。

(3)RO阵列中的频率值不是稳定不变的，根据外界情况的细微变化，频率值会产生不同幅度的波动。

对于当前RO PUF的密钥选择生成方式，存在以下问题：

(1)选择位置较远的2个RO构成比较对来生成响应，稳定性较强，但安全性较低，硬件开销较大；

(2)选择位置相邻的2个RO构成比较对来生成响应，安全性较高、硬件开销较小，但稳定性较低。

目前已提出的密钥选择生成方法虽然能产生比较对，但是大都选择与其相邻的单个位置的频率点组成一组固定的比较对，针对测量时产生的波动，其所生成的比较对稳定性不高。其次，因为组成比较对的方式单一，仅与两个频率值相关，因此在计算的时候，仅仅只能是两个RO进行频率比较，而没有提供其它的可选择的方式。目前，如何产生一种在安全性较高、硬件开销较小的情况下仍然保持稳定性较高的密钥提取方法还没有得到很好的研究。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于四元组比较策略的RO PUF密钥生成方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于四元组比较策略的RO PUF密钥生成方法，包括以下步骤：

S1、构建环形振荡器阵列，获取环形振荡器阵列中每个环形振荡器振荡频率并进行存储；

S2、将步骤S1构建的环形振荡器阵列划分为多个环形振荡器四元组；

S3、将步骤S2得到的环形振荡器四元组进行两两不重复配对，得到三组配对方式下的环形振荡器比较对；