[发明专利]基于STT‑RAM存储单元错误率分布的PUF认证方法

说明书

技术领域

本发明属于信息安全领域，涉及一种物理不可克隆(PUF)认证方法，尤其涉及一种基于STT-RAM存储单元错误率分布的物理不可克隆认证方法。

背景技术

自旋矩传输随机读写器(STT-RAM)是一种新型非易失(Non-volatile)存储器。STT-RAM被认为是未来SRAM的替代品之一，拥有高密度，低静态功耗，低访存时间等优点。与此同时，物理不可克隆技术(PUF)正被广泛建议应用于设备认证，而其他非易失性存储已经被提出用于制作PUF，但是普遍存在硬件开销大或者延迟高等问题。

2011年，美国的Prabhu等人提出利用NAND Flash来进行设备认证。他们首先提取Flash中每个比特对干扰错误(disturb error)的敏感程度，编程延迟等等，然后计算相关系数的办法来区分和认证芯片。这种办法延迟长(15s)，且环境影响下可能会失效。

2012年，美国的Rajendran等人提出利用忆阻器(Memristor)来进行设备认证。他们首先用感应器(sensor)采集每个单元节点的电压，然后利用电压信息进行认证芯片。这种办法由于需要使用感应器采集每个节点电压，额外电路开销较大，并且环境变化也会影响稳定性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种利用自旋矩传输随机读写器(STT-RAM)存储单元错误率分布的物理不可克隆认证方法，在很小的硬件代价以及时间代价下，解决设备认证的问题，提高认证的可靠性。

本文定义如下术语：

(1)Error-Least-State：表示本发明工作环境中，STT-RAM单元错误率最低的环境。例如，在工作电压0.9V-1.1V、工作温度275K-325K的环境下，Error-Least-State表示最高工作电压、最低工作温度的环境，即(1.1V，275K)的环境。

(2)Error-Most-State：表示本发明工作环境中，STT-RAM单元错误率最高的环境。例如，在工作电压0.9V-1.1V、工作温度275K-325K环境下，Error-Most-State表示最低工作电压、最高工作温度的环境，即(0.9V，325K)的环境。

(3)RWR测试：即读写读测试，是一种检测单元错误率的方法。该方法首先读取单元数据，反转数据后写回，再读出数据检测数据是否成功改变来检测读写错误。

(4)EDP：即错误率差分对(Error-rate Differential Pair)，表示STT-RAM阵列中满足下列关系的两个相邻单元：在N轮RWR测试中，两个单元发生错误的次数之差大于等于一给定次数N_th。通过对1MB大小1T1J的STT-RAM存储阵列进行仿真实验，证明N和N_th的取值应该满足N＝N_th>＝3,本发明实施例中N＝N_th＝3。

本发明的原理是，本发明基于STT-RAM存储单元错误率分布的物理不可克隆认证方法包括三个阶段：预处理阶段、注册阶段和验证阶段。首先在预处理阶段(Pre-process)记录STT-RAM阵列中所有EDP的位置，然后在注册阶段(Enrollment Phase)输入多个EDP位置，芯片电路利用这些EDP内两个单元错误率相对大小来输出参考输出(Reference Response)，在验证阶段(Evaluation Phase)再次重现注册阶段，最后根据验证阶段和注册阶段的输出判断芯片的真假。

本发明提供的技术方案是：

一种基于STT-RAM存储单元错误率分布的物理不可克隆认证方法，依次包括如下步骤：

1)在预处理阶段执行如下操作，得到多个EDP单元的地址：

1.1分别在Error-Least-State与Error-Most-State环境下，对于每个奇地址单元，设定该单元的地址为Addr，通过N轮RWR测试判断地址为Addr与Addr+1两个单元是否构成EDP；

1.2如果上述两个单元构成EDP，则得到该EDP的地址EDP_Addr和EDP_Addr+1；

1.3将EDP_Addr输出保存到数据库；

2)在注册阶段执行如下操作，得到参考输出：