[实用新型]一种基于物理不可克隆技术的密钥生成电路

说明书

本实用新型属于信息安全的技术领域，公开了一种基于物理不可克隆技术的密钥生成电路，生成密钥的比特位数为N，包括K个环形振荡器并联在一起，每个环形振荡器振荡的频率皆不相同，其级数设置为└N/K┘、└N/K┘+1、└N/K┘+2…└N/K┘+K‑1，其中└┘表示向上取整函数，包括延时单元、触发器和多个基本逻辑门，所述延时单元和触发器的个数与对应环形振荡器的级数一致，所述基本逻辑门的个数由密钥的比特位数决定。本实用新型的电路可以在保持高电路输出吞吐量的同时大大加快速度，同时每个RO的级数尽可能的平均化以保证稳定性。

技术领域

本实用新型属于信息安全的技术领域，具体涉及一种基于物理不可克隆技术的密钥生成电路。

背景技术

随着数字时代的到来，电子产业飞速发展，各类电子产品已经渗透到人们生活的方方面面。人们享受因此带来的便捷的同时，也遭受了因信息保护不足带来的不利影响，因此，对于信息进行安全有效的加密十分重要。

物理不可克隆功能(Physically Unclonable Function，简称PUF)电路利用IC芯片制造过程中不可控和不可预知的器件工艺变化引起的参数不匹配，生成器件可靠和独特的数字密码信息，应用于IC加密，防止克隆、模仿和伪造电路等。PUF电路的输入和输出通常分别称为激励和响应，激励响应对(CRP)的映射对于每个芯片是唯一的，PUF将秘密保存到其固有结构中，就好似每个人的基因。

传统的加密机制是把密钥存储在电可擦可编程只读存储器(EEPROM)或电池供电的非易失性静态随机存取存储器(SRAM)中，并结合加密算法进行信息加密和认证，攻击者通过解密算法并成功入侵可以获得存储器中的密钥。而对于PUF的加密方式而言，任何侵入性或半侵袭性攻击都可能影响激励响应对的生成，导致与芯片原始物理结构的微小的不匹配，攻击者获得的密钥将无效。所以PUF加密方式的安全性能更加强大。除此之外，PUF还无需额外的硬件支持，是一种轻量级的安全有效的加密方式，因此广泛应用于安全领域和防伪芯片。

PUF有很多种，其中应用较多的两种分别是基于存储器的PUF和基于传播延时的。

基于存储器的PUF：

存储器单元结构一般都具有不稳定的状态，当存储器特别是双稳态逻辑单元在不稳定状态向稳定状态转化时，由于制造变化差异，导致会明确偏向于某一稳定状态，利用这一特点去设计PUF。典型代表有SRAM PUF、触发器PUF和蝴蝶PUF。

基于传播时延的PUF：

数字信号的传播会受到MOSFET沟道长度、宽度和阈值电压、氧化层厚度、金属线的形状等各种因素的影响，延迟将会有部分随机性。典型代表有基于仲裁器的PUF、基于环形振荡器(Ring Oscillator，RO)的PUF和基于毛刺的PUF。

基于存储器的PUF吞吐率较高，但容易被预测，防御能力差；而基于传播延迟的PUF防御能力强，但一般吞吐率低。

RO PUF与许多其他基于延迟的PUF相比，已经被证明更加强大并且布局受限更少。但传统的RO PUF的数据吞吐率太低，多个RO只有1bit的输出，同时，RO级联太长，导致频率不够高，速度不够快。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于物理不可克隆技术的密钥生成电路，解决了传统的ROPUF的数据吞吐率太低，多个RO只有1bit的输出，同时，RO级联太长，导致频率不够高，速度不够快等问题。

本实用新型可通过以下技术方案实现：