一种基于FPGA进位逻辑的RO PUF设计

物理不可克隆函数(PUF)作为一种可有效地应对硬件安全问题的电路结构,在近些年得到了广泛的关注.环形振荡器(RO)PUF由于不需要完全对称的布线方式,因此被认为是最理想的PUF结构之一.现有的ROPUF设计愈加复杂且需要"硬宏"来固定电路,这导致PUF的移植性很差.文章利用FPGA中固有的进位逻辑资源实现RO PUF,...     

芯片物理指纹的可用性评估

芯片物理指纹(Physical Unclonable Function,PUF)技术可用于构建新型可信认证体系,具有小型化、低功耗、高安全特性。通过对芯片物理指纹认证性能的研究,提出了对芯片物理指纹可用性相关概念的量化表征。基于芯片物理指纹实测数据进行了更多样本数据的模拟,分析了芯片物理指纹认证参数设置与安全性要求的关系,实现了对芯片物理指纹的可用性的有效评估,为芯片物理指纹技术进一步实现工程化应用提供了参考。     

基于环形振荡器的物理不可克隆函数的设计与验证

为了验证物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function, PUF)的有效性,试验必须针对大量芯片的微延迟特性进行建模。尽管仿真的方式能够提供近似的结果,但通过片上试验能获得更加精确的结果。借助FPGA工具制造硬宏,在多块同型号FPGA上分析了基于环形振荡器(Ring Oscillator, RO)的物理不可克隆函数。其核心步骤是通过对相邻RO的振荡频率计数后相互比较,得到1024比特长度的响应输出。在多次试验测试后,得到了片内和片间汉明距,并作为PUF性能的指标参数——唯一性、可靠性。结果表明,常温下的平均唯一性为48.01%,平均可靠性为1.75%。     

基于晶闸管型延迟单元的芯片指纹PUF电路

提出一种面向芯片指纹应用的物理不可克隆函数(PUF)电路,包括基于晶闸管型延迟单元的工艺敏感电路、时间偏差放大器和时间偏差比较器三个部分。工艺敏感电路由两个相同的晶闸管型延迟单元组成。晶闸管型延迟单元对工艺变化非常敏感,而在电源电压与温度变化时稳定性较强,可有效改善PUF电路的唯一性与稳定性。时间偏差放大器对工艺敏感电路输出的微弱延时差进行放大,减小延时差对噪声和时间偏差比较器精度的敏感性,使比较器能够产生稳定的输出,进一步提高PUF电路的稳定性。基于0.18 μm CMOS工艺,对电路进行设计与仿真。结果表明,PUF电路的输出具有良好的海明距离统计分布特征,当温度在－40 ℃~100 ℃范围、电源电压在1.7~1.9 V范围变化时,PUF电路的稳定性可达95.8%。     

基于多项式拟合频率重构的物理不可克隆函数优化

近年来硬件安全不断受到挑战,具有不可预测性、随机性等特性的环形振荡器物理不可克隆函数(Ring Oscillator Physical Unclonable Function,RO PUF)可作为硬件安全重要的加密密钥方式,但通常原始RO PUF不满足加密密钥对随机性的要求.因此,提出了基于多项式拟合频率重构的PUF优...     

基于Rowhammer 物理不可克隆函数的物理设备测绘框架

网络空间测绘的核心问题是准确识别和动态跟踪设备。然而,随着匿名化技术的发展,设备可以拥有多个IP地址和MAC地址。这使得通过传统的测绘技术将多个虚拟属性映射到同一个物理设备上变得更加困难。该文提出一种基于物理不可克隆函数(PUF)的测绘框架。该框架可以主动检测网络空间中的物理资源,并根据物理指纹构建资源画像来动态跟踪设备。同时,该文提出一种在配备第四代双倍速率(DDR4)内存的个人电脑(PC)上实现基于Rowhammer的动态随机存取存储器物理不可克隆函数(DRAM PUF)的方法。性能评估表明,该方法在PC上提取的Rowhammer PUF的响应是唯一且可靠的,并可以作为设备的唯一物理指纹。实验结果表明,即使目标设备修改了MAC地址、IP地址或重装了操作系统,该文提出的框架仍然可以通过构建一个用于设备匹配的物理指纹数据库,对目标设备进行准确的标识。     

一种可靠的芯片指纹PUF电路

本文引入一种可靠的芯片指纹物理不可克隆函数（Physical Unclonable Function）电路.该PUF包括基于电流饥饿型延迟单元的工艺敏感电路、时间偏差放大器、时间偏差比较器、表决机制与扩散算法五个部分.通过捕获制造工艺的偏差,每一个工艺敏感电路可以稳定产生两路具有微弱延时差的延迟信号,然后比较生成指纹ID;设计一种新型的扩散算法改善PUF的唯一性,引入时间偏差放大器与表决机制增强PUF相对于温度与电源电压变化的稳定性.文中PUF在0.18μm CMOS工艺下实现.仿真结果表明,该PUF的输出具有均匀统计分布特征,同时在温度从-40℃至100℃,电源电压从1.7V至1.9V变化条件下,其输出ID具有97.5%的稳定性.     

基于PUF的低开销物联网安全通信方案

将物理不可克隆函数（Physical Unclonable Function,PUF）与椭圆曲线上的无证书公钥密码体制相结合,提出一种面向物联网的安全通信方案,在节点设备不存储任何秘密参数的情况下,实现设备间消息的安全传递.方案无需使用高计算复杂度的双线性对运算,并提供了消息认证机制.安全性分析表明,该方案不仅能够抵抗窃听、篡改、重放等传统攻击,而且可以有效防范节点设备可能遭到的复制攻击.对比结果显示,相较于同类方案,该方案明显降低了设备的资源开销.     

基于PUF的轻量级RFID安全认证协议

为解决射频识别系统易受传统攻击和物理克隆攻击等问题,提出一种基于物理不可克隆函数的轻量级射频识别安全认证协议.采用随机数、轻量级杂凑函数、轻量级分组算法和基于物理不可克隆函数等密码原语来实现通信安全.协议可防范窃听、篡改、假冒、重放和物理克隆等多种攻击方式,可有效降低计算处理和存储资源消耗,比较适合于低成本、低功耗且硬...     

基于RRAM延时单元的PUF设计

随着技术的发展，信息安全受到了很大挑战.物理不可克隆函数（Physically Unclonable Function，PUF）电路是一种新型的密钥生成电路，阻变存储器（Resistive Random Access Memory，RRAM）可以为其提供物理随机熵源，这使得PUF在物理上不可被攻击.但目前在基于RRAM的PUF设计方案中，RRAM延时单元的测试响应对（Challenge Response Pair，CRP）效率并不够高.本文提出一种基于RRAM延时单元的PUF结构，延时单元将RRAM的阻值输出到反向器中，形成脉冲的延迟，最后通过判决器判断两路脉冲达到顺序并编码为"0"和"1"，这就是PUF的输出位.基于RRAM延时单元，本文设计了8位、16位、32位、64位PUF，这些PUF在保证良好的随机性、稳定性、唯一性的前提下，大大提高了PUF的RRAM单元效率.实验结果表明：该设计能够有效的提高RRAM使用效率，使得PUF能够更好地防止外界的攻击.     

Two-factor wearable device authentication protocol based on PUF and IPI

Wearable device is pushing the rapid development of mobile health,however,the open architecture of wireless body area network has brought challenges for the security of user data.In order to protect the security of user data,a two-factor authentication protocol between device note and data hub was proposed based on physically unclonable function and interpulse interval.Using dual uniqueness of device physical characteristic and user biometric trait,the protocol can resist compromise and impersonation attacks and was specially suitable for resource constrained wearable devices under body area network.Compared with the existing authentication schemes,the security of the proposed protocol was enhanced.The practicability and effectiveness of the protocol are confirmed by hardware implementation on FPGA.     

一种基于熵源分离模型的可重构安全原语

在信息爆炸时代,信息的安全问题受到了广泛关注。在物联网设备的加密协议中,物理不可克隆函数(PUF)与真随机数发生器成为加密协议中基本的安全原语,提供了轻量级的解决方案。文章提出了一种熵源分离模型,能够分离环形振荡器中抖动(真随机数发生器的熵)和工艺偏差(PUF熵)引起的延时。基于该模型,在FPGA上设计了一种可重构的双工作模式电路,通过改变模式可分别生成PUF和真随机数。相较于FPGA上独立设计的PUF和真随机数发生器,该结构具有资源开销小、面积利用率高、功耗低等优势。实验结果表明,生成的PUF稳定性高、唯一性强、均匀性好;真随机数序列均通过了NIST测试,具有高随机性和不可预测性。     

局域网链路层数据帧识别算法的设计与实现

对局域网中几种典型的链路层数据帧进行了分析,基于数据帧中的特征位,提出了一种数据帧识别算法,并对算法进行了性能分析。该数据帧识别算法解决了局域网链路层协议类型的分析和数据帧的识别问题。     

基于最优控制电压的高鲁棒性 PUF 电路设计

物理不可克隆函数（Physical Unclonable Functions ,PUF）电路作为一种新型的信息安全电路,依赖集成电路制造过程中硅器件的固有工艺偏差产生密钥．本文提出一种高鲁棒性PUF电路设计方案,首先分析MOSFET在零温度系数点（Zero Temperature Coefficient ,ZTC ）的工作特性,然后结合提高PUF电路鲁棒性的途径,确定PUF电路的结构及最优控制电压,最终达到密钥稳定可靠的目的．在TSMC 65nm CMOS工艺下对所设计的PUF电路进行版图设计,面积为14.89μm ×12.14μm ．实验结果显示在最优控制电压下PUF电路的鲁棒性最低为96％．     

基于R-2R梯形网络数模转换器的高可靠性PUF电路设计

通过分析数模转换器输出电压的非线性特性,提出一种新型的PUF电路,即DAC-PUF电路。电路设计过程中借助灵敏放大器将偏差信号进行放大,使得DAC-PUF电路具有高鲁棒性。在TSMC 65nm CMOS工艺下对电路进行设计,版图面积为86.06μm× 63.56μm。蒙特卡洛仿真结果显示DAC-PUF电路在不同工作条件下可靠性为98%。