[发明专利]一种可重构环形振荡器物理不可克隆函数电路及其激励生成方法

说明书

本发明提出一种可重构环形振荡器物理不可克隆函数电路及其激励生成方法，所述可重构环形振荡器物理不可克隆函数电路，通过控制模块随机根据激励信号选取延时元件形成环形振荡器，增加了环形振荡器构成的灵活性和随机性，提高了PUF响应的不可预测性，能够增加攻击者通过机器学习建模攻击的难度；而激励生成方法，能够充分避免同一激励被使用多次，进一步提高PUF响应的不可预测性，提高PUF安全性的效果。

技术领域

本发明涉及可重构环形振荡器物理不可克隆函数电路，尤其是一种可重构环形振荡器物理不可克隆函数电路及其激励生成方法。

背景技术

物联网通过远程医疗、自动驾驶汽车、智能家居等方式彻底改变了我们的生活。然而，它也带来了安全和隐私问题，因为它为犯罪黑客提供了新的攻击载体。物联网预计将对广泛的市场产生重大影响，从可穿戴医疗设备到智能汽车的嵌入式系统，其中许多将由计算和功耗有限的设备支撑。传统的基于复杂密码算法的安全方法通常资源过于密集，无法在这些资源受限的设备上实现。物理不可克隆函数(PUF)是一种安全原语，它利用了制造过程中存在的固有过程差异，来生成设备本身固有的唯一数字指纹。由于这些设备之间的这种自然差异超出了制造商的控制范围，因此它们天生就难以克隆，因此，PUF可能是提高物联网设备安全性的一个非常有前途的候选方案。

PUF分为两类，分别为基于延时的PUF，例如仲裁器PUF(A PUF)、环形振荡器PUF(ROPUF)和可重构环形振荡器PUF(CRO PUF)等；以及基于存储器的PUF，例如SRAM PUF等。利用PUF电路制造工艺引入的随机误差，对于输入的激励，其响应是无法预测的。但是在一定情况下，如果攻击者知道了一定数量的激励响应对(CRPs)，那么就有可能会对PUFs进行机器学习建模攻击，从而对于一定的激励预测其响应，破坏PUF的安全性。

发明内容

发明目的：为克服现有技术的缺陷，本发明提出一种可重构环形振荡器物理不可克隆函数电路，包括：控制模块、第一环形振荡器产生单元、第二环形振荡器产生单元、第一计数器、第二计数器和比较器；其中，

控制模块产生使能信号和能够形成有效震荡的激励信号并发送给第一、第二环形振荡器产生单元，以及产生计数器的定时控制信号发送给第一、第二计数器；

第一、第二环形振荡器产生单元结构相同，均包括一个二输入与门和一个n×m的延时元件阵列；第一、第二环形振荡器产生单元接收激励信号产生模块产生的激励信号，根据激励信号从相应的延时元件阵列的每一列中选取一个延时元件，每个环形振荡器产生单元选出的n个延时元件与对应的二输入与门连接，构成环形震荡器电路；环形震荡器电路中，n个延时元件串联为延时链路，延时链路的输入端连接相应的二输入与门的输出端，延时链路的输出端连接相应的二输入与门的一个输入端，二输入与门的另一个输入端连接控制模块的使能信号输出端；

第一环形振荡器产生单元产生的第一环形振荡器产生第一振荡信号，第一计数器统计第一震荡信号的震荡次数，将统计结果发送给比较器；

第二环形振荡器产生单元产生的第二环形振荡器产生第二振荡信号，第二计数器统计第二震荡信号的震荡次数，将统计结果发送给比较器；

比较器对第一、第二震荡信号的震荡次数进行比较，得到的比特序列即为响应信号。

本发明还提出所述可重构环形振荡器物理不可克隆函数电路的激励生成方法，包括步骤：

(1)构建环形震荡器延迟元件的状态矩阵S，S为n×m阶矩阵；记第一环形振荡器产生单元的延时元件阵列中第p行第q列的延时元件为第二环形振荡器产生单元的延时元件阵列中第p行第q列的延时元件为若的延迟大于的延迟，则S(p，q)＝1，否则，S(p，q)＝0；