[發明專利]基于SRAM的PUF的片上自我注冊系統及其實現方法

有效

• 申請號: 201210572609.7
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103020552A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 黃宇
• 申請（專利權）人: 天津聯芯科技有限公司
• 主分類號: G06F21/79
• 分類號: G06F21/79
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，尤其是一種基于SRAM的PUF的片上自我注冊系統及其實現方法。

背景技術

傳統芯片的防偽依賴于各種加密算法，在系統中（例如在非揮發性存儲器中）儲存關鍵秘密/密鑰，能夠被復制或較容易泄密。另外，由于非揮發性存儲器在90nm以下工藝很難生產，因此，芯片防偽系統設計需要一個革命。

當前芯片設計者和生產技術人員正在努力地消除工藝差別（Process?Variation）以保證每一個生產出的芯片與下一個完全一致。但是工藝差別是不可能被完全消除的，我們可以利用這個工藝差別來區分每個芯片。這種工藝差別可以當做是芯片的指紋，也就是說每個芯片有獨特的指紋，通過該對特的指紋可以識別芯片。由于，每個芯片都有一些獨一無二的物理特性，并且沒辦法從合法的正版芯片中提取這些物理特性并復制到另一芯片上，因此，它們泛指“物理不可克隆功能”（Physical?Unclonable?Function，簡稱為PUF）。

物理不可克隆功能（PUF）不可能是一種完全隨機現象，盡管芯片與芯片之間不應有PUF相關性，但是同一芯片內PUF必定可以可靠地重復。換句話說，兩個設備PUF應完全不同;同一芯片PUF不論在什么情況下必須完全一致。而PUF的可靠性恰恰是PUF難以廣泛使用的關鍵。

現有的芯片PUF主要基于兩種物理特性:一是芯片的路徑延遲，二是靜態存儲器（SRAM）的上電初始態。無論哪種PUF，可靠性都是首要問題,因此,各種糾錯和統計技術被應用到基于PUF的驗證系統中。上述方法存在的問題是：（1）糾錯技術不是萬能的，這是由于所選PUF的物理特性對環境變化如溫度和電壓的敏感性導致PUF的不可靠性，糾錯技術的成功與否將取決于選擇穩定可靠的PUF單元；（2）統計技術使得芯片注冊非常麻煩，這是由于芯片注冊過程就是通過不同環境下的重復實驗得到穩定的物理特性，并將之記錄在案的過程，這個過程阻礙PUF驗證的實際應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種設計合理、可靠性高且使用方便的基于SRAM的PUF的片上自我注冊系統及其實現方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于SRAM的PUF的片上自我注冊系統，包括BISE控制器、電壓調節器、溫度調節器、累加器、SRAM1和SRAM2，BISE控制器輸出端連接到電壓調節器和溫度調節器，該電壓調節器和溫度調節器的輸出端連接到SRAM2上，BISE控制器分別與SRAM1、SRAM2和累加器相連接，SRAM1、SRAM2分別與累加器的兩個輸入端相連接，該累加器的輸出端連接到SRAM1上，該SRAM1輸出PUF單元。

而且，所述的SRAM1和SRAM2具有同樣的大小和地址空間。

而且，所述的電壓調節器包括選擇電壓輸出單元和多個分壓電阻，工作電壓VDD通過分壓電阻連接到選擇電壓輸出單元上，該選擇電壓輸出單元在BISE控制器的控制下向SRAM2輸出不同的電壓。

而且，所述的溫度調節器包括計數器，該計數器在BISE控制器的控制下，向SRAM2循環交替寫入“0”和“1”，從而調節SRAM2的溫度。

一種基于SRAM的PUF的片上自我注冊系統的實現方法，包括以下步驟：

步驟1：BISE控制器由初始態自動進入檢測模式0，進行檢測并輸出檢測模式0下的PUF單元。

步驟2：BISE控制器自動進入檢測模式1，進行檢測并輸出檢測模式1下的PUF單元。

而且，所述檢測模式0的檢測過程為：首先，SRAM1所有單元被初始化成“0”；然后，在各種環境參數組合下，SRAM2上電并讀取SRAM2的每個單元的初始邏輯值，將該邏輯值和SRAM1相應單元的邏輯值進行邏輯“或”運算并把結果存入SRAM1相應單元，重復以上操作直到所有環境參數全部遍歷完畢；最后，將穩定可靠的SRAM2“0”的單元地址輸出作為PUF特征地址，“0”作為這些特征地址的特征值。

而且，所述檢測模式1的檢測過程為：首先，SRAM1所有單元被初始化成“1”；然后，在各種環境參數組合下，SRAM2上電并讀取SRAM2的每個單元的初始邏輯值，將該邏輯值和SRAM1相應單元的邏輯值進行邏輯“與”運算并把結果存入SRAM1相應單元，重復以上操作直到所有環境參數全部遍歷完畢；最后，將穩定可靠的SRAM2的“1”的單元地址輸出作為PUF特征地址，“1”作為這些特征地址的特征值。

本發明的優點和積極效果是：