[发明专利]一种基于查找表的新型强物理不可克隆函数的构建方法

说明书

本发明公开了一种新型强物理不可克隆函数，并给出了采用该方法的一个新型强物理不可克隆函数的实现实例。新型强物理不可克隆函数的特征在于建立各个芯片中独特的查找表，而查找表是基于多个物理单元的特征结果排序产生。新型强物理不可克隆函数如下：采集芯片中多个物理单元的特征结果，根据物理单元特征结果的排序产生若干个查找表，基于这些查找表产生各个芯片中独特的PUF运算单元，PUF的挑战经过PUF运算单元得到PUF响应。基于PUF查找表的物理不可克隆函数能够大幅提升挑战响应空间，使得基于这种结构的物理不可克隆函数适用于密钥生成、身份识别等各类应用。

技术领域

本发明涉及集成电路芯片硬件信任根安全，特别是需要验证芯片真伪和保护存储器数据的物理不可克隆函数。

背景技术

物理不可克隆函数（以下简称PUF）被称之为“芯片指纹”技术。通过提取芯片在制造过程中所产生的差异，就能够生成芯片独特的“指纹”信息。这些“指纹”信息可以用来验证芯片的真伪、保护存储器中的数据，在芯片的安全和防伪领域有着巨大的应用前景。

物理不可克隆函数根据其挑战响应空间，可以分类为弱物理不可克隆函数和强物理不可克隆函数。其中弱物理不可克隆函数的定义为挑战响应空间和芯片面积呈线性关系，而强物理不可克隆函数的定义为挑战响应空间和芯片面积呈指数关系。对于响应数据量需求比较小的密钥生成应用，两类物理不可克隆函数都能支持，而对于响应数据量需求较大的身份识别应用，只有强物理不可克隆函数才能在不增加过多芯片面积的前提下满足应用。

基于环形振荡器可以构建弱物理不可克隆函数，如图3所示。根据挑战每次在n个环形振荡器中选择两个进行频率比较，并根据频率差值符号产生一位响应。假设有n个环形振荡器，那么挑战响应空间为n(n-1)。并且由于响应之间存在一定相关性，因此实际的挑战响应空间又将大幅降低。

本专利中提出的新型强物理不可克隆函数，改进了原始的响应产生方法，将每两个环形振荡器作为一组，计算其频率差值，并对多组环形振荡器的频率差值根据其数值进行排序。根据环形振荡器频率差值的排序产生若干个查找表，并根据这些查找表产生PUF运算单元。将PUF的挑战作为PUF运算单元的输入，PUF运算单元的输出作为PUF响应。基于PUF查找表的物理不可克隆函数能够大幅提升挑战响应空间，使得基于这种结构的物理不可克隆函数适用于多种应用场景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型强物理不可克隆函数的构建方法，根据物理单元特征结果的排序产生若干个查找表，并根据这些查找表产生PUF运算单元，PUF的挑战经过PUF运算单元得到PUF响应。基于PUF查找表的物理不可克隆函数能够大幅提升挑战响应空间，使得基于这种结构的物理不可克隆函数适用于多种应用场景，例如身份识别。

为解决上述技术问题，本发明提供一种新型强物理不可克隆函数的构建方法，并给出了采用该方法的一个新型强物理不可克隆函数的实现实例。本发明新型强物理不可克隆函数如下：

(1) 对n个物理单元（其结构例如环形振荡器）进行特征结果（如计算一对环形振荡器的差值）的采集，按照原始物理单元顺序将原始序列记为f₀,f₁,……,f_n-1。

(2) 将n个特征结果按照数值进行排序，得到排序后的序列f_x,f_y,……, f_z（0≤x,y,z≤n-1）。

(3) 根据原始序列和排序序列，得到以下对应关系查找表PUFBOX：0对应x，1对应y，……，n-1对应z。

(4) 如果需要多个查找表，重复进行步骤1~3。

(5) 基于若干个PUFBOX查找表构建PUF运算单元。

(6) 根据PUF运算单元，对物理不可克隆函数的输入计算相应的输出结果。