[發明專利]用于穩定的物理不可克隆函數的系統以及方法

有效

• 申請號: 201610892280.0
• 申請日: 2016-10-13
• 公開（公告）號: CN107017990B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: S·U·郭
• 申請（專利權）人: 馬克西姆綜合產品公司
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L9/08
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;韓宏

本發明的各個實施例允許利用半導體器件中的物理屬性的自然統計變化，以便創建真正隨機的、可重復的、且難以檢測的密碼位。在某些實施例中，這可以通過PUF元件的遞歸配對失配值來實現，以便在不影響可用的PUF元件的利用率的情況下確保所生成的PUF密鑰比特保持對環境誤差不敏感。配對過程可以應用于任何給定的硬件以生成更加穩定的PUF比特序列，該PUF比特序列提供更高的誤差裕度、增大給定誤差裕度的位的數量、或者其任何組合。

相關申請的交叉引用

本申請要求享有于2015年10月13日由Sung Ung Kwak提交的、名稱為“Systemsand Methods for Stable Physically Unclonable Functions”的美國臨時申請No.62/240,991的優先權，該美國臨時申請以全文引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及用于識別和鑒定的安全系統，并且更具體而言涉及用于借助于物理不可克隆函數(PUF)的隨機加密密鑰生成的系統、設備、以及方法。

背景技術

半導體處理的目的在于使工藝變化最小化，工藝變化是導致晶體管的閾值、電容、電阻值等的變化的晶圓上的物理部件中所產生的容限的原因。憑借所采用的其可重復性保持不完美的制造技術(包括非均勻沉積和蝕刻工藝)的優勢，不能夠完全消除部件之間的變化。這些變化的統計屬性伴隨無法僅通過檢查部件布局來獲得關于部件的信息。換言之，缺少部件級的極度困難的測量結果，則不能夠檢測或復制這些物理變化。

PUF設計利用物理半導體部件中的這些小的但有特性的制造變化，以便生成隨機的序列、獨特的密碼密鑰。在一些現有的設計中，基于PUF元件的極性上的失配來確定個體密鑰比特以生成單個比特結果。在失配的典型高斯分布中，PUF元件的總體中的相對大量的PUF元件將以分布的中點為中心。鑒于其它非制造變化(例如，電壓偏移、溫度漂移、相對的老化過程、封裝應力、噪音等等)的影響，常采用的零-一比較器的使用開啟了以下可能性：密鑰比特基于單個PUF元件的極性從零值不期望地變化到一(反之亦然)，從而負面地影響了所存儲的代碼的可重復性。

理想地，PUF元件由呈現大失配的電路部件制成，以便使設備上環境變化的影響最小化從而提高所生成的密鑰比特的可重復性和穩定性。由于PUF元件的總體中的呈現相對小的失配的部分從統計上來說更有可能經歷符號的變化，所以落入總體內的PUF元件不適合用于生成隨機密鑰比特的目的。因此，呈現相對小的失配的PUF元件典型地從任何給定的批中被排除以便防止PUF輸出比特反應，這對于環境變化將是敏感的并且產生不穩定的密碼密鑰。

不幸地是，通過基于失配的極性來選擇PUF元件而提高穩定性的技術傾向于從總體中舍棄有用的PUF元件的重要部分以便實現期望的比特誤差率。然而，排除PUF元件的大部分必定會使整體利用率降低。

所需要的是用于在不負面地影響由電子PUF系統生成的密鑰比特的穩定性和準確度的情況下確保計算系統設計人員維持PUF元件的高利用率的工具。

附圖說明

將參考本發明的實施例，可以在附圖中示出本發明的示例。這些附圖旨在為說明性的，而非限制性的。盡管在這些實施例的背景下對本發明進行概述，但應當理解的是，這并非旨在將本發明的范圍限制為這些特定的實施例。

附圖(“圖”)1示出了代表失配值的PUF元件輸出的正態高斯分布上的漂移效應。

圖2示出了用于根據本發明的各個實施例使用經分類的失配值的示例性高斯分布來生成PUF密鑰比特的示例性配對過程。

圖3A和圖3B示出了根據本發明的各個實施例將MOS器件中的Vgs失配的示例性測量到的且正態高斯分布轉化成使用分類的配對失配數據的示例性雙模態(bi-modal)分布。

圖4示出了根據本發明的各個實施例的作為函數誤差率的期望裕量(margin)。