[發(fā)明專利]一種基于時(shí)鐘分布網(wǎng)絡(luò)的物理不可克隆函數(shù)生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710107334.2
• 申請(qǐng)日: 2017-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106874799B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路崇;譚洪舟;李宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國(guó)際聯(lián)合研究院;中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F21/76
• 分類號(hào): G06F21/76
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發(fā)明提供一種基于時(shí)鐘分布網(wǎng)絡(luò)的物理不可克隆函數(shù)生成方法，該發(fā)明將時(shí)鐘分布網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個(gè)空間上相鄰的時(shí)鐘網(wǎng)格，分別在相鄰網(wǎng)格中選取鄰近的時(shí)鐘葉節(jié)點(diǎn)或寄存器并連接到分布在網(wǎng)格邊界上的相位比較器PC。通過(guò)調(diào)整互聯(lián)延遲，時(shí)鐘葉節(jié)點(diǎn)到達(dá)相位比較器PC的相位差被抑制在很小的范圍內(nèi)。其次，相位比較比較器PC內(nèi)涵相位混疊器PI和相位比較器PD，對(duì)輸出源信號(hào)進(jìn)行處理后輸出相位先后順序作為單個(gè)bit的PUF輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于時(shí)鐘分布網(wǎng)絡(luò)的物理不可克隆函數(shù)生成方法。

背景技術(shù)

PUF字面意義為物理不可克隆函數(shù)(Physical Unclonable Function)，從定義可以知道，首先PUF必須作為硬件實(shí)現(xiàn)，其次可以作為函數(shù)功能實(shí)現(xiàn)。函數(shù)的定義可以分成三個(gè)層面：

1)輸入(定義為激勵(lì)，challenge)x∈X，輸出(定義為響應(yīng)，response)y∈Y，其中x為n-bit的二進(jìn)制序列，y為m-bit的二進(jìn)制序列。單個(gè)激勵(lì)和響應(yīng)可以用一組激勵(lì)響應(yīng)對(duì)CRP(x,y)表示；此條定義說(shuō)明無(wú)論內(nèi)部的工作機(jī)制如何，PUF是數(shù)字化的輸入和輸出，而不是模擬狀態(tài)的信號(hào)。

2)PUF負(fù)責(zé)從x到y(tǒng)的映射，定義為Γ:X→Y:Γ(x)＝y(tǒng)；對(duì)于單個(gè)PUF設(shè)備，在允許一定錯(cuò)誤率的前提下，輸入激勵(lì)x對(duì)應(yīng)的映射后輸出y是唯一的；此條定義確定了映射的唯一性。

3)CRP(x,y)由PUF設(shè)備之間的硬件實(shí)現(xiàn)差異決定。對(duì)于不同的PUF設(shè)備，輸入激勵(lì)x對(duì)應(yīng)的映射后輸出響應(yīng)y也不同。硬件實(shí)現(xiàn)差異非常微妙，尤其是在集成電路制造中，指的是提交給芯片制造商的版圖掩模數(shù)據(jù)是完全相同的情況下，依舊存在著程度非常小的硬件實(shí)現(xiàn)差異。PUF所需要做的是發(fā)現(xiàn)并利用這些差異，對(duì)其進(jìn)行放大、整理、數(shù)字化，使制造出的硬件集合的響應(yīng)集Y有足夠大的差異度。

理想的PUF應(yīng)該有如下特點(diǎn)：

1)唯一性Uniqueness。首先，對(duì)于不同的PUF設(shè)備，其輸出響應(yīng)y也不同，這一特點(diǎn)至關(guān)重要，對(duì)于PUF在認(rèn)證和簽名方面的應(yīng)用起著決定性的作用；PUF設(shè)備i所代表的映射Γ_i:X→Y:Γ_i(x)＝y(tǒng)中包含了特定設(shè)備i的物理信息；PUF設(shè)備之間的硬件差異對(duì)CRP(x,y)的影響可以用不同設(shè)備之間響應(yīng)對(duì)CRP(x,y)的漢明距離(定義為HDinter)進(jìn)行檢驗(yàn)。

假設(shè)有兩個(gè)不同的PUF硬件設(shè)備，這里假設(shè)其為i和j，且有(i≠j)，對(duì)于激勵(lì)C，有m-bit的響應(yīng)R_i和R_j，那么k個(gè)設(shè)備的平均HD_inter可以計(jì)算如下：

2)可靠性Reliability。有些文獻(xiàn)中也稱為正確性Correctness。對(duì)于單個(gè)的PUF，具有足夠強(qiáng)的穩(wěn)定性Stability。首先，對(duì)于同一個(gè)設(shè)備而言，同樣的激勵(lì)x在相同的工作條件下響應(yīng)y是一致的，這是PUF與偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器PRNG的本質(zhì)區(qū)別。其次，在不同工作條件下得到的響應(yīng)也應(yīng)該是一致的，并可以用HDintra來(lái)衡量。其定義如下，首先對(duì)于一般工作條件下對(duì)于激勵(lì)C，取得參考映射R。對(duì)于同樣的激勵(lì)C，讓PUF對(duì)其進(jìn)行多次映射，那么就有相應(yīng)的m-bit響應(yīng)輸出R′_i,t，采樣n次之后，平均HD_intra計(jì)算如下：

Reliability＝1|HD_intra,avg

3)一致性Uniformity。在足夠大的樣本空間內(nèi)輸出激勵(lì)y中，0和1所占的幾率均等，理想均值等于0.5；如果不然，證明該設(shè)備的輸出概率隨機(jī)性存在一定問(wèn)題。首先定義r_i,l為設(shè)備i的m-bit輸出響應(yīng)中的第l個(gè)二進(jìn)制bit位，那么m-bit輸出響應(yīng)的漢明重量Hamming Weight計(jì)算如下：