[發明專利]一種基于BR-PUF的隨機數生成器

有效

• 申請號: 201810376712.1
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108681441B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李冰;文靜;陳劍;陳帥;趙霞
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐瑩

本發明公開了一種基于BR?PUF的隨機數生成器，包括：BR?PUF控制模塊、BR?PUF模塊、分時讀取模塊、熵壓縮模塊，其中BR?PUF模塊包括雙鏈路選擇模塊和n個雙鏈路最小單元；雙鏈路選擇模塊根據激勵信號控制MUX和DMUX在每單元中選擇上或下鏈路，以構成BR?PUF環形鏈路；BR?PUF控制模塊控制各單雙鏈路最小單元中或非門輸入端的復位信號改變電路工作狀態；所述分時讀取模塊，計算環形鏈路出現穩定狀態的時間，并根據間隔時間重復讀取環形鏈路的輸出狀態獲得隨機數序列響應，由熵壓縮模塊分時讀取，并利用哈希算法壓縮迭代輸出滿熵的隨機數序列。本發明產生的隨機數具有不可克隆性，安全度高，實現簡單，吞吐率大，顯著提高隨機數的利用率。

技術領域

本發明涉及一種基于BR-PUF的隨機數生成器，屬于信息安全的技術領域。

背景技術

近年來，人們通過傳感網、互聯網和移動通信網建立了復雜網絡系統。物聯網產生的信息數據快速增長，數據的交互頻率越來越快，這些數據涉及感知、存儲、運算、傳輸等各個環節，其安全性直接關系到物聯網產業的發展。

目前，基于NVM的存儲機制存在成本高、功耗大和易受到侵入性攻擊的缺點。所以，傳統基于密碼學的認證方法在應用時存在著很大障礙。這將會導致大量的信息泄露，使信息安全受到威脅。物理不可克隆函數(Physical Unclonable Function，PUF)的本質是一種“芯片指紋”，該“指紋”來源于難以控制、無法預測、不可克隆的芯片制造差異，能夠抵御針對NVM的物理攻擊。PUF最基本的應用是利用實體的唯一標識來實現認證，隨著人們對PUF的理解和應用的不斷深入，PUF又逐漸被應用到系統認證、密鑰生成等更多的領域，由于物理指紋具有較高的隨機性，和不可克隆性因此基于PUFs的隨機數生成器成為PUFs的重要應用。

隨機數作為信息安全系統中一個重要的加密基元，被廣泛應用于密鑰產生、數字簽名、認證協議系統中。按照隨機特性被分為真隨機數和偽隨機數。偽隨機數是指用給定的初始種子經過確定的算法后產生出一系列比較隨機的數列。偽隨機數與真隨機數具有不同，它不是真正意義上的隨機數，因此攻擊者可以利用計算機選法進行攻破使得我們所加密的文件資料收到泄露的危險。現在所存在的真隨機數的產生方法需要計算機等專門的設備依據物理過程按照進程獲取，具有良好的統計特性，但由于其造價高昂，產生速率較低，在實際應用中實現比較困難，如何利用器件的物理屬性搭建電路生成的隨機數具有高吞吐率和不可克隆性是急需解決的問題。

圖1是一個現有的標準BR-PUF電路，如圖所示，BR-PUF即Bistable Ring-Physical(ly)Unclonable Function，是一種由或非門器件首尾相連的環形電路，具有兩種固定的穩定狀態，舉例為擁有10個最小單元的BR-PUF的穩定狀態為0101010101或者101010101010，因此又被稱為雙穩態環形電路。通過給由n個最小雙鏈路單元組成的PUF環形鏈路輸入n-bits激勵信號，即給Inv_i單元中連接或非門的DMUX和MUX同時施加激勵信號，施加在各級Inv_i單元的激勵信號在各級最小雙鏈路單元中選擇上下鏈路中的一種，依據DMUX和MUX首尾相連的環形鏈路結構形成了PUF的環形鏈路，即由n個最小雙鏈路單元組成的環形鏈路。其中MUX為PUF雙鏈路最小單元信號的輸入端，DMUX為雙鏈路最小單元信號的輸出端。