[發明專利]可調節的物理不可克隆函數

有效

• 申請號: 201810297044.3
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108696350B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: O.維勒斯
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 胡莉莉;申屠偉進

本發明涉及可調節的物理不可克隆函數。本發明涉及一種由作為物理不可克隆函數的微機電系統（11a、12a）以及可控制的調節環節（11b、12b）構成的裝置（11、12），作為對挑戰的反應，所述微機電系統按照映射規則來輸出應答，所述調節環節被設立為：按照控制指令來調節影響所述映射規則的周圍環境參數。

技術領域

本發明涉及一種具有微機電系統作為物理不可克隆函數的裝置。

背景技術

所謂的物理不可克隆函數（英文physical?unclonable?function，PUF）是實體單元，所述實體單元借助于映射規則來將挑戰（challenge）映射到應答（response）上，其中該映射規則基于單元的物理特性。PUF通常分析單元的制造波動并且據此生成單獨的應答。所述單獨的應答在不同的單元之間有變化并且因而可以被用于標識單元和/或被用于生成（密碼）密鑰。

PUF的示例是硅物理隨機函數（Silicon?Physical?Random?Function，SPUF），所述硅物理隨機函數分析在集成電路中的晶體管和導線的延遲的變化，以便標識芯片。仲裁器PUF（Arbiter?PUF）使用仲裁器（例如D-觸發器（D-Flipflop）），以便識別在兩個相同的初試路程中的區別。在涂層PUF中，檢測并且分析集成電路的涂層的局部電阻，以便標識芯片。

從US?2015/0200775?A1公知基于微機電系統（MEMS）的PUF。

借助于PUF可以生成密碼密鑰，用于對數據進行加密或者用于在不同的計算單元之間安全地交換數據或用于在不同的計算單元之間安全地通信。由PUF生成的密鑰的優點尤其是：不必存儲該密鑰（這是安全性易受影響的），而是可以在需要時通過實施PUF來生成該密鑰。這對于如下情況是特別有利的，在所述情況下，必須使多個構造相同的單元適應個別需要，諸如在數據傳輸方面適應個別需要，當前的示例是所謂的“物聯網（Internet?ofThings，IoT）”。

發明內容

按照本發明，提出了具有專利獨立權利要求的特征的一種由作為物理不可克隆函數的微機電系統和用于改變函數的映射規則的可控制的調節環節構成的裝置、一種由多個這種裝置構成的組件和一種由控制單元和至少一個這種裝置構成的系統。有利的設計方案是從屬權利要求以及隨后的描述的主題。

本發明基于如下措施：將MEMS用作PUF并且在此借助于相對應的可控制的調節環節來改變在挑戰與應答（challenge-response）之間的映射規則。因此，通過對調節環節的經改變的操控可以生成對同一挑戰的不同的應答。

諸如在開頭提到的US?2015/0200775?A1中描述的那樣，微機電系統可以被用作PUF，其中映射規則基于機械特性和/或電特性，諸如諧振頻率、彈性常數關于諧振頻率的剛度、系統的電容或由于形狀改變而引起的電容改變、釋放電壓、扳動電壓之差、電阻、電感等等。這些機械特性和/或電特性受到周圍環境參數、如尤其是溫度和壓強影響，使得這些特性以及借此映射規則同樣可以通過有針對性地改變周圍環境參數、尤其是通過作為調節環節的加熱和/或冷卻元件來有針對性地改變周圍環境參數來被改變。

這也解決了傳統的PUF的問題，所述傳統的PUF通常只能生成對挑戰的少量不同的應答，大多數只能生成一個對挑戰的應答。后來，利用按照本發明的解決方案，在需要時尤其是也可以根據不同的應答生成多個不同的密碼密鑰。這能夠實現對密碼密鑰的重新配置，這提高了PUF的價值。視調節環節的設計方案而定，該調節環節有利地也可以被用于破壞PUF，例如通過高熱量來破壞PUF。以這種方式可以持久地防止讀出被加密的信息。破壞微機電系統的另一有利的可能性在于利用所謂的吸合效應（Pull-In-Effekt）。在此，相鄰的導電結構（電極）被加載高電壓，使得這些相鄰的導電結構由于靜電引力而吸引和接觸，這導致了微機電結構的破壞。