[發明專利]一種基于電容偏差的PUF電路

有效

• 申請號: 201710300835.2
• 申請日: 2017-04-29
• 公開（公告）號: CN107220563B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 敖海;李偉
• 申請（專利權）人: 蘇州芯動科技有限公司
• 主分類號: G06F21/73
• 分類號: G06F21/73;H04L9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于電容偏差的PUF電路，包括電容陣列，譯碼選擇電路、充電電路和比較器。電容陣列包括N+1個相同的電容單元,其中第N+1個電容單元作為參考電容，連接至充電電路，其它N個電容單元連接至譯碼選擇電路。譯碼選擇電路接收激勵信號，通過譯碼選擇電容陣列中對應的1個電容單元連接至充電電路。充電電路在一定時間內同時對參考電容和被選中的電容單元進行充電。充電結束后，比較器通過比較參考電容和被選中電容上的電壓大小產生1位PUF密鑰。本發明具有低成本、低功耗等優點。

技術領域

本發明屬于PUF技術領域，更具體地，涉及一種基于電容偏差的PUF電路。

背景技術

Physical Unclonable Functions(PUF)技術是當今半導體安全技術的最新突破。PUF系統是一組微型的電路，通過提取IC制造過程中不可避免產生的個體差異，生成無限多個、特有的密鑰，這些密鑰不可預測和安排，永久存在，即使是芯片的制造商也無法仿制。和傳統安全解決方案不同的是，PUF技術可以為每個動態生成無限多的、特有的、一次性的密鑰，無需為加密而儲存密鑰，因而在安全防偽領域具有巨大的應用前景。

然而，也正是由于用來生成密鑰的電路器件采用了相同的圖形和尺寸設計以及相同的生產工藝，其相關參數盡管不可避免地存在一定偏差，但這種偏差往往非常微弱，這導致PUF電路單元在相同的激勵下產生不同密鑰值的情況時有發生，例如，對于同一激勵，在某一時刻產生密鑰0，在另一時刻又產生密鑰1，因而嚴重影響了PUF技術的可靠性，極大地限制了PUF技術的進一步推廣應用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于電容偏差的PUF電路，能有效避免由于電路器件間的微弱差異導致產生的密鑰值不穩定的情況，因而能顯著提高PUF技術的可靠性。

為實現上述目的，本發明提供了一種PUF電路，包括電容陣列，譯碼選擇電路、充電電路和比較器；所述電容陣列包括N+1個相同的電容單元，其中N個電容單元的一端接地，另一端分別連接至所述譯碼選擇電路的N個輸入端，所述譯碼選擇電路的輸出端連接至所述充電電路的第一電流輸出端，用于產生隨機電壓信號；第N+1個電容單元作為參考電容單元，其一端接地，一端連接至充電電路的第二電流輸出端，用于產生參考電壓信號；所述隨機電壓信號和所述參考電壓信號輸入至所述比較器，使所述比較器輸出響應信號。

優選地，所述電容單元由螺旋結構電容和開關并聯而成，所述螺旋結構電容由成對金屬線以螺旋方式纏繞得到，所述開關由復位信號控制。

優選地，所述譯碼選擇電路包括譯碼電路和N選1電路，所述譯碼電路用于在激勵信號的作用下生成選擇信號，所述N選1電路用于在所述選擇信號的作用下，從所述N個電容單元中選擇1個電容單元連接至所述充電電路。

優選地，所述充電電路和所述比較器由使能信號控制，工作時，所述充電電路的第一電流輸出端和第二電流輸出端輸出大小相等的電流，并同時對被所述譯碼選擇電路選中的電容單元和參考電容單元進行充電，所述比較器比較正負輸入端的電壓大小，輸出1位PUF密鑰。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：將成對金屬線以螺旋方式纏繞得到螺旋結構電容，基于兩個完全相同的螺旋結構電容生成密鑰；由于無法精確控制層內電容的間距，一方面進一步提升了密鑰的隨機性和不可復制性，另一方面有利于增大用于生成密鑰的兩個電容間的差異，從而有效避免了由于電路器件間的微弱差異導致產生的密鑰值不穩定的情況，因而能顯著提高PUF技術的可靠性。

附圖說明

圖1是本發明實施例的基于電容偏差的PUF電路的結構示意圖；

圖2是本發明實施例的電容單元的結構示意圖；

圖3是本發明實施例的譯碼選擇電路的結構示意圖；

圖4是本發明實施例的充電電路的結構示意圖。