[发明专利]基于栅极外悬量调制的物理不可克隆函数电路结构

说明书

本发明公开了基于栅极外悬量调制的物理不可克隆函数电路结构，所述基于栅极外悬量调制的物理不可克隆函数电路结构，包括行译码器、列译码器、多路选择器、数字缓冲器及基本单元阵列，基本单元由栅极外悬量调制晶体管构建得到。本发明基于集成电路设计技术，属于集成电路硬件安全技术领域。上述基于栅极外悬量调制的物理不可克隆函数电路结构，通过半导体加工工艺的偏差来获得栅极外悬量调制晶体管寄生电阻阻值的一个分布，并利用该阻值分布作为构建物理不可克隆函数的熵源。该PUF电路结构对工作温度及电源电压变化具有广泛的适应性，且具有误码率低的特点，在工作温度及电源电压大范围变化的情况下具有极高的可靠性。

技术领域

本发明涉及集成电路硬件安全技术领域，尤其涉及一种基于栅极外悬量调制的物理不可克隆函数电路结构。

背景技术

物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function，PUF)指的是对一个物理实体输入一个激励，利用其内在物理构造不可避免的随机差异，输出一个不可预测的随机响应的函数。不同于传统使用非易失性存储器来存储密码的加解密算法，PUF是利用硅芯片上集成电路的物理参数在半导体加工过程中存在的先天失配来为每一个芯片产生一组独特，随机且唯一的响应，使其能够更有效地抵抗各种不同的攻击。基于物理不可克隆函数(PUF)原理所设计得到的集成电路即为物理不可克隆函数电路结构(PUF电路结构)。此外，带电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROMs)需要额外的掩模层，因此这种非易失性存储器的加工成本更高。在一些计算能力较弱、存储资源较小的设备中，PUF电路结构的轻量性更符合现代物联网技术的发展要求。

近二十年来，研究者们提出过很多结构新颖的PUF电路设计，例如静态随机存储器(SRAM)PUF，环形振荡器PUF，电流镜PUF、交叉耦合比较器PUF、共源共栅电流镜PUF等。上述这些PUF设计方案中的熵源(Entropy Source)大部分都是来自于晶体管之间宽长比的失配或者是晶体管阈值电压的失配，甚至是数据传输过程中延迟时间的失配。然而，随着半导体加工工艺的不断改进，晶体管间的失配会逐渐变小，结果导致：当工作温度或电源电压出现较大波动时，PUF电路的特性会发生较大改变，导致PUF电路输出响应的误码率升高，严重影响了PUF电路工作的可靠性。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于栅极外悬量调制的物理不可克隆函数电路结构，旨在解决现有技术方法中存在的PUF可靠性较低的问题。

本发明实施例提供了一种基于栅极外悬量调制的物理不可克隆函数电路结构，其中，包括行译码器、列译码器、多路选择器、数字缓冲器及基本单元阵列；所述基本单元阵列用于产生二进制的输出信号，所述基本单元阵列由N个基本单元列所组成，每一所述基本单元列均由一个比较单元与M个基于栅极外悬量调制晶体管构建得到的基本单元所组成，每一所述基本单元列包含的所有基本单元并联后与所述基本单元列对应的一个所述比较单元串联连接，其中，M及N均为大于1的整数；所述列译码器通过所述多路选择器与每一所述基本单元列的比较单元进行连接，用于从多个所述基本单元列中选择一个所述基本单元列的二进制的输出信号传输至所述数字缓冲器；所述行译码器与每一所述基本单元列进行连接，用于输出选通信号至每一所述基本单元列，以从每一所述基本单元列中选择一个基本单元与其所属基本单元列的所述比较单元进行连接；所述数字缓冲器与所述多路选择器进行连接，所述数字缓冲器作为输出端用于输出所选择的一个所述基本单元列的二进制的输出信号。