[发明专利]一种蝶形触发器物理不可克隆函数的可靠性提升方法

说明书

本发明提供一种蝶形触发器物理不可克隆函数的可靠性提升方法，包括如下步骤：初始化步骤：利用预设的约束文件定义物理不可克隆函数生成单元在FPGA上的位置，在FPGA上实现物理不可克隆函数生成单元，产生初始响应序列；物理不可克隆函数生成单元中设有蝶形触发器；变量定义步骤：定义变量n，初始化n＝0；添加负载步骤：在蝶形触发器的一侧添加n个扇出负载，产生1次响应序列，将序列响应发生改变的物理不可克隆函数剔除；在蝶形触发器的另一侧添加n个扇出负载，产生1次响应序列，将序列响应发生改变的物理不可克隆函数剔除。本发明极大地提高了PUF在安全应用方面的可靠性，使其可以广泛应用于安全相关领域。

技术领域

本发明属于硬件安全及集成电路技术领域，具体涉及一种蝶形触发器物理不可克隆函数的可靠性提升方法。

背景技术

随着社会信息化发展的进一步深入，信息安全问题越来越受到人们的重视。被认为能永久存储和不被攻击者所知的密钥是传统密码学的核心，然而，很多攻击方法已经能够破解密钥，使得密钥不足以保证硬件的安全。为有效解决此安全问题，物理不可克隆函数(PhysicalUnclonableFunction,PUF)应运而生，它作为一种新型的加密原语，能更加有效地应对安全问题。PUF密钥中的良好随机性来自高度对称的布置布线，即电路实现中没有系统的偏差，工艺波动才能主导PUF输出。

基于SRAM的FPGA中的布局和布线通常由EDA工具自动完成(容易引入系统的偏移)，所以在FPGA中对称地实现PUF是一件具有挑战性的事情，通过仔细的放置和手动布线去除偏差是PUF实现中获得良好的响应的通用方法，而该方法非常复杂，不适合于对FPGA设计没有深入了解的一般系统研究人员。本发明提出了一种自动蝶形PUF实现。基于电路描述结合特殊约束，不需要手动放置和布线，大大方便了通用电路设计人员在基于SRAM的FPGA中实现PUF。

一旦用对称的布局实现了PUF，则工艺波动引起的误差决定了PUF输出。然而，当由环境条件引起的波动大于或接近失配时，输出可能会随时改变，即可靠性差。提高PUF可靠性的传统方法是使用纠错码(ECC)，而该方法显着增加了设计的复杂性和成本，更糟糕的是，纠正码可能会揭示一些重要的信息。另一种广泛使用的方法是预配置，例如，调整环形振荡器(RO)配置以选择具有相同布局RO之间频率差最大的两个，以上方法都在一定程度上增加了设计的复杂性和成本。其它的方法如识别不可靠为的方法，其在不同环境条件下进行多重响应测试，仅选择响应稳定的位，因此呈现出高可靠性，这种方法主要的问题包括：需调整操作条件以及在响应测试期间没有考虑老化效应，并且测试耗费了大量的时间，降低了效率。本发明提出了一种有效的策略，在PUF实现中考虑到老化效应和环境变化两者，以确定PUF单元是高度可靠的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术缺陷，本发明提供一种蝶形触发器物理不可克隆函数的可靠性提升方法，能够快速提升响应位的可靠性，从而提高PUF的可靠性，以保证物理不可克隆函数能在安全领域上广泛应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种蝶形触发器物理不可克隆函数的可靠性提升方法，包括如下步骤：

初始化步骤：

利用预设的约束文件定义物理不可克隆函数生成单元在FPGA上的位置，设置物理不可克隆函数的位数，在FPGA上实现物理不可克隆函数生成单元，产生初始响应序列；物理不可克隆函数生成单元中设有蝶形触发器；

变量定义步骤：

定义变量n，初始化n＝0；

添加负载步骤：

在蝶形触发器的一侧添加n个扇出负载，产生1次响应序列，将序列响应发生改变的物理不可克隆函数剔除；在蝶形触发器的另一侧添加n个扇出负载，产生1次响应序列，将序列响应发生改变的物理不可克隆函数剔除。