[发明专利]一种基于偏差补偿的高可靠ArbiterPUF电路

说明书

本发明提出的偏差补偿Arbiter PUF的电路，在原有Arbiter PUF电路中加入了一个偏差补偿模块和一个数据产生模块。响应生成阶段，当外部输入激励C_i时，控制信号S和K驱动偏差补偿模块和数据产生模块工作，从而产生响应R_i、偏移方向D_i和可靠性标志位F_i；在响应重构阶段，输入相同激励信号C_i，利用辅助数据D_i和F_i作为控制信号驱动偏差补偿模块工作，可以恢复出该响应R_i。

技术领域

本发明涉及通信技术领域和信息安全领域，具体涉及一种新型的基于偏差补偿的高可靠PUF电路。

背景技术

Arbiter PUF通过提取两条对称的延迟链的延迟偏差来实现物理不可克隆函数，其结构如图1所示。当外部输入某一激励信息时，Arbiter PUF级联的多个开关延迟模块形成两条对称的延迟链，同一输入信号经过两条延迟链后到达仲裁器的先后顺序不同，决定了其输出是数字0还是数字1，从而生成PUF响应，该电路可以产生2^N个CRPs。

Arbiter PUF电路是由两条完全对称的延迟通路和一个仲裁器构成的。虽然在设计上要求两条对称通路需要完全一致，但是在实际生产制造过程中其不可避免存在差异，使得当同一信号通过这两条路径的时间产生随机且不可预测的差异，最后通过仲裁器将这个先后顺序转化成一个二进制输出响应。但是当周围的工况(环境温度)发生变化时，这个设备的特性也会随之受到影响，最终使得两个通路的延迟时间也发生变化。由于所述两个通路对于温度变化的灵敏程度不一致，所以这种延迟变化也是随机且不可预测的，这就使得PUF输出的响应会随温度或电压的改变而发生变化，这样的响应就不可靠。对于这种问题，一种高效的解决方法是使用基于比特自检的Arbiter PUF电路(BST-APUF)，如图2所示。这种电路可以自动测试每一位输出响应的|ΔT|(ΔT＝T₁-T₂)，并为每个响应生成一个可靠标志位位标识其可靠性。当|ΔT|大于某一阈值时，将输出标记为1(可靠)，反之标记为0(不可靠)。可靠的响应可以被挑选使用，例如用于密钥生成，不可靠的响应直接舍弃，不再使用。虽然基于比特自检的Arbiter PUF电路(BST-APUF)相比较传统的Arbiter PUF电路可靠性有大幅提高，但是需要舍弃大量的不可靠的响应，这样就会造成响应利用率低，开销大等一系列的问题。

为了提升Arbiter PUF输出的可靠性，减少开销，本申请提出了一种新型的基于偏差补偿的高可靠Arbiter PUF电路，在经典的PUF中添加了一个偏差补偿模块，自动测试产生PUF响应的每个比特的延迟偏差，并为每个响应生成一个可靠标志位F和偏移方向D，以指示其可靠性，并将不可靠的响应转变为可靠响应。本申请所提出的方法可以达到100％的响应利用率，大大的降低了开销。

发明内容

本发明提出的偏差补偿Arbiter PUF的电路结构如图3所示。在原有Arbiter PUF电路中加入了一个偏差补偿模块和一个数据产生模块。

所述Arbiter PUF电路由一个N级开关延迟模块和一个仲裁器模块构成。N级开关延迟模块利用芯片在制造过程中不可避免的工艺差异生成延迟差值ΔT。仲裁器模块用于判断比较两路延迟通路的差值从而产生数字响应信息。