[發明專利]基于晶體管的PUF設備

有效

• 申請號: 202010149641.9
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111669167B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: J·E·D·赫維茨
• 申請（專利權）人: 亞德諾半導體國際無限責任公司
• 主分類號: H03K19/003
• 分類號: H03K19/003;H03K19/0175
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 張小穩

本公開涉及基于晶體管的PUF設備。本公開涉及用于生成持久性隨機數的PUF設備和方法。生成的數是隨機的，因為每個特定的PUF設備實例都應生成與所有其他PUF設備的實例隨機不同的數，并且是持久的，因為每個PUF設備的特定實例都應在可接受的誤差糾正公差內重復生成相同的數。通過選擇一個或多個PUF單元(每個均包括設計相同的匹配的晶體管對)并比較該對的導通特性(例如，導通閾值電壓或柵?源電壓)來確定持久性隨機數。每個選定的晶體管對的導通特性差異是由晶體管之間的隨機制造差異引起的。這會導致PUF設備的每個不同實例之間的隨機性，并且隨著時間的推移應該相對穩定以提供所生成數的持久性。

技術領域

本公開涉及基于晶體管的物理不可克隆函數(PUF)。

背景技術

物理不可克隆函數或“PUF”是一種物理實體，能夠為該特定PUF所特有的給定輸入(“挑戰”)生成輸出(“響應”)，使得可以將其視為“指紋”。這種能力通常是通過設計PUF來實現的，其輸出方式取決于由于制造上的細微變化而在每個裝置中隨機不同的特征。因此，即使完全了解其電路布局，也無法輕易地以正確的指紋來復制PUF。該響應可以用于各種不同目的，例如在加密操作中以確保與包含PUF的裝置之間的通信安全，或者用于對包括PUF的裝置身份進行身份驗證的方法等。

發明內容

本公開涉及用于生成持久性隨機數的PUF設備。數是隨機的，因為每個特定的PUF設備實例都應生成與所有其他PUF設備的實例隨機不同的數，并且是持久的，因為每個PUF設備的特定實例都應在可接受的誤差糾正公差內重復生成相同的數。通過選擇一個或多個PUF單元(每個均包括設計相同的匹配的晶體管對)并比較該對的導通特性(例如，導通閾值電壓或柵-源電壓)來確定隨機數。每個選定的晶體管對的導通特性差異是由晶體管之間的隨機制造差異引起的，這會導致PUF設備的每個不同實例之間的隨機性，隨著時間的推移應該相對穩定，這有助于生成數的持久性。

PUF設備可以包括一個或多個PUF單元，每個PUF單元包括：一些物理特征，這些物理特征由于制造上的微小變化而在每個設備中隨機地不同；以及一些確定電路，被配置為從每個PUF單元中讀出PUF值。PUF設備可以被配置為使得確定電路可以從每個PUF單元中讀出隨機PUF值并且基于PUF值來產生持久性隨機數。然后，將持久性隨機數用作確定對“挑戰”的“響應”的一部分。例如，PUF設備可以從另一個電路接收“挑戰”，確定電路然后可以從PUF單元讀取持久隨機數，并且PUF設備然后可以基于“挑戰”和“持久性隨機數”來確定“響應”(例如，但執行某種加密操作，例如哈希或XOR，或使用“挑戰”和持久性隨機數進行加密)。持久性隨機數是隨機的，因為其值取決于不同PUF設備之間較小的隨機制造偏差。因此，盡管PUF設備的不同實例在設計上相同，但每個實例都應生成不同的持久性隨機數。隨機數是“永久性”的，因為隨著時間的流逝，它應該保持不變或保持在可接受的范圍內。例如，由PUF設備的一個或多個PUF單元生成的永久隨機數在每次生成時應相同(或保持在可接受的范圍內，例如以便可以使用糾錯碼ECC進行校正)，這樣它就可以充當設備的可靠指紋。

在本公開的第一方面，提供物理不可克隆函數PUF設備，包括：多個PUF單元，每個PUF單元包括:多個晶體管,其中所述多個晶體管包括:用于晶體管導通特性比較的一對匹配的晶體管,和用于選擇所述PUF單元的選擇機構,和其中每個PUF單元中的所述多個晶體管都是相同的晶體管類型；和確定單元，被配置為:在所述多個PUF單元中的至少一個中的每一個中使用所述選擇機構來選擇所述多個PUF單元中的至少一個；對于每個選定的PUF單元，至少部分地基于選定的PUF單元中的匹配的晶體管對的導通特性的比較來確定晶體管差值,其中所述晶體管差值指示選定的PUF單元中的匹配的晶體管對之間的隨機制造差異；和至少部分地基于至少一個確定的晶體管差值來確定PUF輸出。

選擇機構可包括所述晶體管對的柵極端子，和其中確定單元被配置為通過向所述PUF單元中的匹配的晶體管對中的一個或多個柵極端子施加選擇電位來選擇PUF單元。