環(huán)形振蕩器物理不可克隆函數(shù)的比較策略及可重構(gòu)研究.pdf

1、隨著社會信息化發(fā)展的進一步深入，信息安全問題越來越受到人們的重視。物理不可克隆函數(shù)（Physical Unclonable Function，PUF）作為一種新型的加密組件日漸受到研究者們的關(guān)注。PUF的原理是通過提取集成電路在制造過程中由于制造工藝的不一致性而引入的隨機差異，來實現(xiàn)加密信息（響應(yīng)）的生成。由于PUF具有不可克隆性，不可預(yù)測性等特點，它在設(shè)備授權(quán)/認證、IP核保護、密鑰生成等信息安全領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本

2、文先從PUF的實現(xiàn)原理，分類、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等方面入手，對PUF的概念作了系統(tǒng)的梳理。文章接下來的內(nèi)容圍繞著經(jīng)典的PUF結(jié)構(gòu)——環(huán)形振蕩器（Ring Oscillator，RO）展開。文中首先分析了支持激勵響應(yīng)對（Challenge/Response Pairs，CRPs）和不支持 CRPs兩種類型RO PUF系統(tǒng)的區(qū)別和系統(tǒng)中各個模塊的功能和設(shè)計。另外，為了保證RO PUF具有良好的PUF特性，RO陣列中每個RO需要具備相同的結(jié)構(gòu)和相近的

3、物理位置，本文中采用了Xilinx FPGA工具中提供的Hard Macro技術(shù)并通過添加約束的方法來實現(xiàn)。
　　其次，通過對193塊FPGA中RO振蕩頻率的統(tǒng)計分析，在RO陣列中發(fā)現(xiàn)和總結(jié)了三種RO頻率分布特點。根據(jù)這三個特點本文提出了三種新的RO比較策略，并通過從響應(yīng)信息熵密度這一角度對五種不同的比較策略進行了定量評估，結(jié)果顯示新提出的對稱比較策略擁有最好的響應(yīng)質(zhì)量。同時也說明了RO頻率分布特點對RO PUF的RO比較策略設(shè)計

4、以及安全性改善具有重要的指導意義。
　　最后，本文提出了一種新型PUF結(jié)構(gòu)——可重構(gòu)RO（Reconfigurable RO，RRO）PUF，一種以改善RO PUF硬件使用效率和響應(yīng)唯一性為目的的PUF結(jié)構(gòu)。文中論述了RRO PUF的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、系統(tǒng)設(shè)計、硬件資源消耗分析等內(nèi)容，并根據(jù)RRO PUF的原理，設(shè)計了一種新的響應(yīng)提取策略——RRO比較策略。此外，文中還分析了RRO在 Xilinx Spartan-6 FPGA中