[发明专利]使用双极晶体管阵列的PUF方法和含双极晶体管阵列的电路

说明书

技术领域

本发明涉及物理防克隆功能、物理防克隆功能电路以及标识组件的方法。

背景技术

物理防克隆功能(PUF)是无序物理系统，它能够被外部激励挑战(challenge)，并向外部激励作出反应以产生响应，导致挑战-响应对。挑战-响应对的概念是安全领域所熟知的，PUF是基于硬件的安全性概念，其中依赖于物理系统的无序性(通常在纳米尺度)来产生对挑战的响应，从而响应取决于系统的具体实例。也就是说，对于给定的挑战，装置的响应对于该装置来讲是唯一的，因为该装置的克隆将以不同的响应来进行回应。

早期的PUF系统通常是光学系统。早已熟知的是，由于大多数表面的微米或纳米级无序性或粗糙度，激光从表面反射的光斑图案是不可预测的，并且基于光学的PUF利用这一无序性来提供对于具体的单独表面唯一的“指纹”光斑图案。由于对装置的拷贝或克隆不会具有相同的表面，所以光斑图案将有所不同，从而可以唯一地标识该装置。

还已知的是，基于薄膜磁层中微粒的纳米级无序性来制造磁PUF，以及制造一般利用随机分布介电材料从而导致不可预测电容场的基于涂层的PUF。

由于半导体技术中的大量经验，所以基于硅(或其它半导体)的PUF是令人期待的。基于硅装置的PUF的一个示例是SRAM(静态随机存取存储器)PUF。这些基于存储器阵列中单独存储单元之间可重复但不可预测的差别，这些差别由例如掺杂级别的变化所导致。这种SRAM PUF的一个示例由J.Guajardo，S等在“FPGA intrinsic PUFs and their use for IP protect ion”(Cryptographic Hardware and Embedded Systems-CHES2007，63-80页)中进行了描述。然而，通常认为SRAM PUF在加密方面较“弱”。希望提供替换类型的物理防克隆功能。

发明内容

根据第一方面，提供了通过对挑战的响应来标识组件的方法，该组件包括双极晶体管的阵列，其中每个双极晶体管具有基极接触部和主接触部，主接触部是集电极接触部和发射极接触部，并且双极晶体管可并联连接或已并联连接，以便具有公共集电极接触部、公共发射极接触部和公共基极接触部，该方法包括：接收挑战；响应于挑战，通过将供应给公共主接触部之一的电流从第一级别增加到第二级别来向相应公共主接触部供应总主接触部电流；检测一组晶体管中的每一个晶体管中的不稳定性；以及根据该组确定响应。

从而根据该第一方面的实施方式，提供了一种通过对挑战的响应来标识组件的方法，该组件包括可并联连接或可能已经并联连接以便具有公共集电极接触部、公共发射极接触部和公共基极接触部的双极晶体管的阵列，挑战包括表示总集电极电流的值，该方法包括：接收挑战；响应于挑战，通过将供应给公共集电极接触部的电流从第一级别增加到第二级别来向公共集电极接触部供应总集电极电流；检测一组晶体管中的每一个晶体管中的不稳定性；以及根据该组确定响应。此外，根据该第一方面的其它实施方式，挑战包括表示总发射极电流的值，并且该方法包括：接收挑战；响应于挑战，通过将供应给公共发射极接触部的电流从第一级别增加到第二级别来向公共发射极接触部供应总发射极电流；检测一组晶体管中的每一个晶体管中的不稳定性；以及根据该组确定响应。

可并联连接的接触部，即各个基极接触部、各个集电极接触部和各个发射极接触部，可在组件的操作期间连接；可替换地，每个器件的接触部(即基极、发射极和集电极)中的一个或多个可在其它时间连接，例如在制造组件期间，这种情况中，连接可以是永久的或硬布线的。后一种情况尤其是其中阵列是组件中所有多个晶体管的实施方式下的情况。

由此，可以唯一地标识该组件，尤其可以将该组件与它的克隆相区分。因此，该方法可以按照PUF的原理进行操作。根据挑战，可在其中检测不稳定性的晶体管组可以是整个阵列或可以是阵列的子集。在实施方式中，双极晶体管可以是双极结型晶体管。构造这种晶体管的阵列是方便的。在其它实施方式中，双极晶体管可以是异质结双极晶体管。在其它实施方式中，双极晶体管可以是与MOS器件相关联地形成的寄生晶体管。

在实施方式中，不稳定性是电热不稳定性的发生(onset)。