1 合肥工业大学 微电子学院， 合肥 230009
2 合肥工业大学 数学学院， 合肥 230009
在信息爆炸时代，信息的安全问题受到了广泛关注。在物联网设备的加密协议中，物理不可克隆函数(PUF)与真随机数发生器成为加密协议中基本的安全原语，提供了轻量级的解决方案。文章提出了一种熵源分离模型，能够分离环形振荡器中抖动(真随机数发生器的熵)和工艺偏差(PUF熵)引起的延时。基于该模型，在FPGA上设计了一种可重构的双工作模式电路，通过改变模式可分别生成PUF和真随机数。相较于FPGA上独立设计的PUF和真随机数发生器，该结构具有资源开销小、面积利用率高、功耗低等优势。实验结果表明，生成的PUF稳定性高、唯一性强、均匀性好；真随机数序列均通过了NIST测试，具有高随机性和不可预测性。
环形振荡器 抖动 工艺偏差 物理不可克隆函数 真随机数发生器 ring oscillator jitter process deviation physical unclonable function true random number generator
物理不可克隆函数(PUF)作为一种可有效地应对硬件安全问题的电路结构, 在近些年得到了广泛的关注。环形振荡器(RO) PUF由于不需要完全对称的布线方式, 因此被认为是最理想的PUF结构之一。现有的RO PUF设计愈加复杂且需要“硬宏”来固定电路, 这导致PUF的移植性很差。文章利用FPGA中固有的进位逻辑资源实现RO PUF, 通过将3个进位逻辑中的11个异或门级联, 经配置实现11阶振荡环, 有效解决了可移植性问题, 避免了使用“硬宏”来固定电路。采用Xilinx Spartan-6, 对提出的结构进行实验。实验结果表明, 设计的RO PUF实现了50.65%的均匀性、48.48%的唯一性和1.56%的误码率。该设计方法具有易于实现、资源占用形式单一、无需手动布局布线等特点。
硬件安全 物理不可克隆函数 环形振荡器 进位逻辑 反相器 hardware security physical unclonable function ring oscillator carry logic inverter
1 宁波大学 信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
2 复旦大学 微电子学院, 上海 201203
3 温州大学 数理与电子信息工程学院, 浙江 温州 325035
通过研究光学散斑提出一种二相滤波的可重构光学物理不可克隆函数设计方案.首先利用微粒空间布朗运动引起的随机偏差, 结合光干涉和衍射机理, 实现随机、不可克隆的光学散斑; 然后, 采用模式选择和二相滤波的方法, 实现物理不可克隆函数数据可重构并降低系统误差; 最后, 通过电荷耦合器件系统采集光学散斑图像, 进行二值化和冯诺依曼处理, 实现随机性高、鲁棒性强和可重构的物理不可克隆函数输出.制备了10组光学物理不可克隆函数样品并进行测试, 每组样品可产生512位二进制数据.实验结果表明所设计的光学物理不可克隆函数输出数据通过美国国家标准技术研究测试, 不同工作模式下随机性达99%, 二相滤波后系统误差降低3%.
光学散斑 物理不可克隆函数 二相滤波 可重构 信息安全 Optical speckle Physical unclonable function Two-phase filtering Reconfigurable Information security
