[发明专利]基于FPGA的仲裁型PUF的布线延迟偏差快速校准方法

摘要

本发明公开了基于FPGA的仲裁型PUF的布线延迟偏差快速校准方法，该方法中延迟偏差的快速校准由一个计数器，一个比较器，一个二分法计算模块和一个激励存储模块组成的自动调整电路实现。激励存储模块在输入的读信号有效后，从存储的第一个激励开始输出给PUF当最后一个激励输出完成后，将与计数器相连的激励标志信号置为有效。计数器在输入的调整完成信号有效时，进行计数器的清零，并开始对PUF的响应进行累加计数，当激励标志信号有效时，计数器停止计数，并将计数的结果传输给比较器。在比较器中，根据计数结果与设定阈值范围之间的关系，输出计算下一个调整级的调整标志信号给二分法模块。并在二分法计算模块中，计算出下一个调整级，并输出相应的调整级配置应用于PUF的延迟调整块。然后在调整级下，重新对PUF输入激励，进行新一轮的调整，直至比较器中，计数结果在阈值范围内，比较器输出调整级数标识信号。本发明能够有效减少PUF调整过程的时间开销。

主权项

基于FPGA的仲裁型PUF的布线延迟偏差快速校准方法，其特征在于：使用一个自动调整电路实现延迟偏差的快速校准，其中自动调整电路由一个计数器，一个比较器，一个二分法计算模块和一个激励存储模块组成；自动调整电路的激励存储模块提供PUF的输入激励，二分法计算模块输出的调整级配置位作为PUF延迟调整部分的输入，而计数器则读取PUF的响应并统计响应中1的个数；在自动调整电路中，二分法计算模块输出一个调整级配置位后，同时将与计数器模块相连的调整完成信号置为有效，将与激励存储模块相连的读信号置为有效；激励存储模块在输入的读信号有效后，从存储的第一个激励开始输出给PUF当最后一个激励输出完成后，将与计数器相连的激励标志信号置为有效；计数器在输入的调整完成信号有效时，进行计数器的清零，并开始对PUF的响应进行累加计数，当激励标志信号有效时，计数器停止计数，并将计数的结果传输给比较器；在比较器中，根据计数结果与设定阈值范围之间的关系，输出计算下一个调整级的调整标志信号给二分法模块；其中，比较器中设定的阈值范围是根据统计的响应值总数和设定误差计算得出：Threshold＝N×(50％±e)      (1)其中，N表示PUF响应值的总数，e表示随机性的容忍误差；在比较器中，根据PUF响应中1的数量的统计结果与调整级之间存在递减的关系，根据计数结果与阈值范围的关系，产生出下一个调整级与当前调整级之间的大小关系；在比较器中，当统计结果在阈值范围内时，表示当前调整级能够补偿布线延时偏差，则输出调整标志信号为11；如果当前计算结果小于阈值范围最低值，表示下一个要寻找的调整级小于当前调整级，则输出调整标志信号为10；如果当前计算结果大于阈值范围最大值，表示下一个寻找的调整级大于当前调整级，则输出调整标志信号为01；在二分法计算模块中，将根据调整标志信号的值，计算出新的调整级，并输出新调整级对应的调整级配置位；首先介绍计算出新的调整级后，得到相应的调整级配置位的方法；由于Middle_pre中存储有之前的调整级，而计算的新调整级数为Middle；为了使输出调整级配置位Tui，i∈[1,k]，从输出Tu[1:Middle_pre]＝1,Tu[Middle_pre+1:k]＝0；变成新的调整级配置位输出Tu[1:Middle]＝1,Tu[Middle+1:k]＝0，如下图所示；需要对Tui进行移位，其中移位的方向和位数通过调整级之间的变化计算得出：Shift_bits＝Midian–Midian_pre     (2)其中，shift_bits的符号位表示要移动的方向，负号表示向左移，正号表示向右移，数值表示要移动的位数；Midian表示计算出的新的调整级；Midian_pre表示之前的调整级；在二分法计算模块中，设计了一个状态机，通过调整标志信号的不同值，进行状态机之间的状态转换实现计算新的调整级和得到新调整级配置位的功能；状态机的四个状态分别是：开始，左调状态，右调状态和停止；各状态内实现的功能如下：首先，在开始状态中，实现对一些寄存器的初始化功能；调整区间下边界初始值为0，调整区间的上边界初始值为k，其中k为PUF延迟调整部分包含的可编程延迟单元的数量，新的调整级初始值为k/2，当前调整级初始值为k/2，移位标志初始值为0，其中，移位标志的作用是基于当前调整级配置位，为了得到新的调整级配置位，而需要进行移位的标志；在左调状态中，实现三个功能：1)将当前的调整级Middle存储在Middle_pre；2)更新调整区间为[Low，Middle]，在新的区间中计算中值作为新的调整级；3)得到调整级对应的配置位并输出；在右调状态中，实现的功能是：1)将当前的中调整级Middle存储在Middle_pre；2)更新调整区间为[Middle，High]，在新的区间中计算中值作为新的调整级；3)得到调整级对应的配置位并输出；在sotp状态中，此状态表示调整过程结束，将保持所有寄存器中的值不变；在各状态中，寄存器实现的主要功能，以及寄存器的值的变化情况如下表所示：每次在二分法计算模块输出新的调整级配置位时，调整电路将自动新一轮的调整过程，直至比较器中PUF的响应值中1的数量在阈值内，将完成电路的调整过程；由于寻找调整级的次数与阈值范围大小有关，因此根据需要，寻找调整次数和误差之间的一个均衡。