[发明专利]一种基于工艺偏差的芯片密钥产生方法及其电路

说明书

技术领域

本发明涉及加密技术和集成电路芯片制造技术领域，具体涉及一种基于工艺偏差的芯片密钥产生方法及其电路 

背景技术

加密技术一般涉及加密算法和密钥两个要素，算法和密钥的安全性对于加密的安全性都至关重要。在许多应用场合中，如射频识别、无线传感器网络等，单个芯片需要存储一个能标识该芯片的唯一密钥。传统方法是将该密钥直接写入芯片的存储器中，这种方法不仅增加了制造和应用的成本，也增加了被攻击的可能性，影响芯片应用的安全性。 

我们所知的集成电路，或称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、芯片（chip）其制造过程中涉及多道工序，包括光刻、离子注入、淀积、刻蚀等。每一种电路器件的制造，如晶体管、电阻、电容等，都需要多道工序才能完成，而每一道工序的工艺参数，如光刻的精度、离子注入的浓度等，在不同晶片之间，以及相同晶片的不同位置之间，都存在一定程度的偏差。上述偏差造成电路器件的相关参数存在一定范围内的分布。因此，即使采用相同图形和尺寸设计，相同的生产工艺，不同晶片上以及同一个晶片不同位置上相同的电路器件在被制造出来后其相关参数也存在一定的偏差。在传统的芯片设计和制造过程中，我们总是希望尽量控制上述偏差，希望上述偏差越小越好，这有利于保障大规模批量制造生产的性能的稳定性、可靠性和芯片的质量等。 

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，设计一种基于工艺偏差的芯片密钥产生方法及其电路，该方法及其电路使芯片自身产生并存储密钥，且该密钥具有随机性和不可复制性，且即使相同芯片，不同时机生成的密钥同样具有随机性和不可复制性，其降低了相关应用的成本以及增强加密的安全性。 

为实现本发明的目的之一所采用的技术方案为：一种基于工艺偏差的芯片密钥生成方法，包括设于芯片内的密钥生成阵列，所述密钥生成阵列包括m行×n列个密钥生成单元，其中m、n为大于2的整数；所述密钥生成单元包括两个电阻，以及分别与该两个电阻连接的电阻阻值检测电路；所述两个电阻的类型相同，且由相同的生产工艺制造； 

该方法包括以下步骤: 

步骤一、将芯片上电，向密钥生成单元输入激励信号； 

步骤二、电阻阻值检测电路检测并比较两个电阻的阻值大小，每个密钥生成单元根据比 较的结果输出1位密钥值； 

步骤三、读取密钥生成阵列中的若干行或若干列密钥值，输出生成芯片密钥。 

进一步的改进方案为，所述步骤二中的密钥值存储在各密钥生成单元中，当芯片掉电或芯片发出删除指令，则密钥值去除。 

进一步的改进方案为，所述步骤三中，读取所有行或所有列的密钥值。 

进一步的改进方案为，所述激励信号为芯片电源的上电信号、复位信号或芯片发出的使能信号。 

进一步的改进方案为，N=m×n，N为128的整数倍。 

进一步的改进方案为，所述两个电阻为热电阻、多晶硅电阻或阱电阻。 

进一步的改进方案为，重复步骤一至三，重复步骤三时，读取与上一次相同行和列的密钥值；或，读取与上一次不相同行和列的密钥值。 

为实现本发明的目的之二所采用的技术方案为：一种基于工艺偏差的芯片密钥生成电路，包括密钥生成阵列、密钥读出电路和地址译码电路，所述密钥生成阵列包括m行×n列个密钥生成单元，其中m、n为大于2的整数；所述密钥生成单元包括两个电阻，以及分别与该两个电阻连接的电阻阻值检测电路；所述两个电阻的类型相同，且由相同的生产工艺制造；所述密钥生成阵列用于产生和存储密钥数据；所述密钥读出电路用于读取密钥生成阵列中存储的密钥数据；所述地址译码电路用于对密钥生成阵列进行寻址，使密钥读出电路读出密钥生成阵列指定地址上存储的密钥数据。 

作为进一步的改进方案，所述电阻阻值检测电路检测并比较两个电阻阻值的相对大小，若第一电阻比第二电阻大，则输出密钥1，若第一电阻比第二电阻小，则输出密钥0；或者，若第一电阻比第二电阻大，则输出密钥0，若第一电阻比第二电阻小，则输出密钥1。 

作为进一步的改进方案，不同密钥生成单元的电阻类型相同或不同。 

本发明的有益效果有： 

1.本发明使芯片自身产生并存储密钥，且该密钥具有随机性和不可复制性，可降低相关应用的成本以及增强加密的安全性。 

2.集成电路芯片制造过程中存在工艺偏差，类型、图形和尺寸完全相同的电阻在被制造出来后其阻值存在一定的随机偏差，本发明利用上述电阻器件在制造过程中产生的随机偏差来产生芯片的密钥。