[發明專利]基于環形振蕩器PUF的加密測試電路

有效

• 申請號: 202211299122.6
• 申請日: 2022-10-24
• 公開（公告）號: CN115357949B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 徐洵;蔡志匡;賀林;鄒靜;王子軒;肖建;郭宇鋒
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學;南京郵電大學南通研究院有限公司
• 主分類號: G06F21/72
• 分類號: G06F21/72;G06F21/75
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 張玉紅

本發明屬于硬件安全技術領域，公開了一種基于環形振蕩器PUF的加密測試電路，包括密鑰生成模塊電路、測試向量輸入與判決模塊電路和安全掃描鏈電路；所述密鑰生成模塊電路產生密鑰寄存在安全掃描鏈電路中；所述測試向量輸入與判決模塊電路判斷輸入的明文對漢明距離進行判斷，輸出判斷信號為1或0，從而判斷進入安全掃描鏈電路的為隨機序列和正確的掃描測試向量的異或值或正確的掃描測試向量。本發明在解決電壓影響的基礎上減小PUF的面積以及功耗，生成密鑰，并且對密鑰進行進一步保護。

技術領域

本發明屬于硬件安全技術領域，具體是涉及基于環形振蕩器PUF的加密測試電路。

背景技術

隨著芯片技術的不斷進步，對其測試的需求也不斷加深。往往在芯片設計時加入DFT邏輯來增加芯片的可控制性和可觀察性，但是，在引入DFT技術的同時帶來了許多安全隱患。對于AES加密芯片，在加入DFT邏輯后，安全密鑰將保存在掃描鏈中，攻擊者將通過基于掃描鏈的方式進行攻擊從而得到密鑰。密鑰的生成以及密鑰的保護對于整個加密芯片是至關重要的。物理不可克隆函數（PUF）是一種新型的硬件安全表達術語，它利用不同芯片的制造差異，來產生芯片的唯一指紋，這樣對于不同的芯片將會有唯一識別標志。因此，PUF是提高芯片安全的很有效的方式之一。

常見的PUF分為基于延遲的PUF以及基于存儲器的PUF?；谘舆t的PUF又包括仲裁PUF、環形振蕩器PUF等?；诖鎯ζ鞯腜UF包括SRAMPUF等。在實際的制造過程中，由于會存在隨機誤差，對于不同的芯片輸入相同的激勵得到的響應會不相同。在實際芯片測試過程中，由于常規的PUF會受外界溫度和電壓的影響，會導致輸出響應不穩定，所以需要考慮減小電壓的影響同時也需要考慮設計的電路面積以及功耗。

另外，密鑰在掃描鏈中傳輸時，攻擊者將會輸入大量的明文對，判斷出存儲密鑰的寄存器的位置，從而對密鑰進行竊取，所以對密鑰的位置以及進入到掃描鏈的明文進行混淆至關重要。

現有技術中也有對其相關的研究，如專利申請文件CN108768619A公開了一種基于環形振蕩器的強PUF電路及其工作方法，其通過比較多個環形振蕩器的頻率，從而達到產生密鑰的目的；該技術所用的環形振蕩器PUF對電路的面積以及功耗要求較高，同時，其未給出針對密鑰在傳輸過程中的防護問題，使得密鑰在傳輸階段易受攻擊。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于環形振蕩器PUF的加密測試電路，通過設計密鑰生成電路來生成密鑰，在處理了電壓對PUF的影響的同時進一步減少面積以及降低了功耗，生成更多位數的密鑰；同時，設計安全掃描鏈以及測試向量輸入與判決模塊電路，通過混淆進入掃描鏈的數據來進一步保護密鑰，在密鑰傳輸的過程中對密鑰進行進一步保護。

本發明所述的基于環形振蕩器PUF的加密測試電路，包括密鑰生成模塊電路、測試向量輸入與判決模塊電路、安全掃描鏈電路和AES加密組合電路；

所述密鑰生成模塊電路產生密鑰作為AES加密組合電路的初始密鑰，與輸入的明文PI對進行異或之后通過AES加密組合電路的運算將最后加密數據寄存在安全掃描鏈電路中；

所述測試向量輸入與判決模塊電路對輸入的明文PI對漢明距離進行判斷，輸出判斷信號為1或0，從而判斷進入安全掃描鏈電路的為隨機序列和正確的掃描測試向量的異或值，或進入安全掃描鏈電路的為正確的掃描測試向量；

安全掃描鏈電路將輸入的數據通過多條路徑輸出，對輸出數據進行混淆，實現對密鑰的保護。

進一步的，所述密鑰生成模塊電路包括控制模塊、自參考環形振蕩器和計數模塊；

所述控制模塊的輸入端連接時鐘信號CLK、固定為1的sta1信號、testmode信號和使能EN信號；控制模塊的輸出OUT1作為自參考環形振蕩器的使能信號EN1，輸出OUT2作為計數模塊的使能信號EN2；