论文总字数：19947字

摘 要

近年来，物理不可破函数(PUF)已成为重要的密码原语，并被用于安全系统中以抵抗物理攻击。因为PUF具备无法预测、无法篡改、难以克隆的物理特性，引起了学术界和工业界的广泛关注。作为非常有用的硬件安全原语，PUF被用于设备身份验证和标识、随机数生成和知识产权保护。PUFs是一类独特的物理系统，它从集成电路的复杂物理特性中提取秘密，同时具有不可克隆性等特性，为密码操作提供了一种高度安全的产生易失性密钥的方法。本文简单介绍了一些基础的物理克隆函数电路，叙述了物理不可克隆函数的原理和它的属性衡量标准，以及如今国内外PUFs的钻研状况，介绍了仲裁器PUF的基础结构，原理和它的一些属性，如：可靠性，唯一性，随机性，主要分析了2-1DAPUF的原理和基础结构，通过实验验证其可靠性，唯一性，随机性，并与本文中传统的仲裁器PUF的属性进行比较分析且叙述其相较于传统仲裁器PUF的优点。

关键词：物理不可克隆函数；仲裁器PUF；2-1DAPUF

Abstract

In recent years, the physical inbreakable function (PUF) has become an important cryptographic primitive, and has been used in security systems to resist physical attacks. Because of the unpredictable, tamper-proof and difficult-to-clone physical properties of PUF, it has attracted wide attention in both academia and industry. As a very useful hardware security primitive, PUF is used for device authentication and identification, random number generation, and intellectual property protection. PUFs are a unique class of physical systems that extract secrets from the complex physical properties of integrated circuits. At the same time, it has the characteristics of non-cloning, which provides a highly secure method to generate volatile keys for cryptographic operations. This paper briefly introduces some basic circuits of physical cloning function, describes the principle of physical non-clone function and its attribute measurement standard, and the research status of PUFs at home and abroad, and introduces the basic structure of arbiter PUF. The principle and some of its properties, such as reliability, uniqueness and randomness, are mainly analyzed in this paper. The principle and infrastructure of 2-1DAPUF are analyzed, and its reliability, uniqueness and randomness are verified by experiments. Compared with the properties of the traditional arbiter PUF in this paper, the advantages of the traditional arbiter PUF compared with the traditional arbiter PUF are described.

Keywords:physical non-clone functions，arbiter PUF，2-1Double Arbiter PUF

目录

摘要 I

Abstract II

第一章引言 1

1.1 选题的意义与背景 1

1.2 PUF的国内外研究现状 1

1.3 基于FPGA的PUF的研究现状 2

第二章 物理不可克隆函数电路 4

2.1 物理不可克隆PUF的分类 4

2.1.1 非电子PUF 4

2.1.2 数字电路PUF 4

2.2 PUF属性的衡量标准 7

2.2.1 可靠性 7

2.2.2 唯一性 8

2.2.3 随机性 8

第三章 仲裁器PUF 9

3.1 仲裁器PUF 9

3.2 仲裁器PUF的总结 10

3.2.1 可靠性 11

3.2.2 唯一性 11

3.2.3 随机性 12

第四章 2-1DAPUF 13

4.1 2-1DAPUF 13

4.2 2-1DAPUF的总结 13

4.2.1 随机性 13

4.2.2 唯一性 14

4.2.3 可靠性 14

第五章总结与展望 16

5.1 本文工作总结 16

5.2 未来展望 16

谢辞 17

参考文献 18

第一章引言

1.1 选题的意义与背景

随着社会信息化的高速发展，信息安全问题的关注度越来越高，把安全芯片当做主要部分的加密设备（例如银行卡、信用卡、SIM 卡等）成为我们生活中重要的一部分。所以在信息技术发展过程中，信息的安全性保护、芯片安全性的提高，渐渐重视起来。

在这样的形式下，物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions，PUF)被提出，因为芯片在工艺生产的流程中必然有工艺偏差，利用这种偏差带来的随机性差异而制成的就是物理不可克隆函数。之所以把它称作物理不可克隆函数[1]，是因为物理不可克隆函数大都是通过CRPs的形式而存在，这里的CRPS是Challenge-Response Pairs的缩写，也就是激励响应，对物理不可克隆函数施加一个激励，通过内部制造工艺偏差而得到一个不可预测的响应，这种激励与响应的样式就像一种函数关系，所以称之为物理不可克隆函数（PUF）。只有当产品上电或者需要的时候，物理不可克隆函数的响应才会供应，而相较于传统密钥的存储方式，其生命周期比较短暂，而且物理不可克隆函数对于修改的感触比较敏锐，只要进行窜改攻击物理不可克隆函数的响应就明显会被改变，这些特征使得一些关于数字密钥[2]的缺点被物理不可克隆函数规避了，信息的安全性渐渐变成了信息安全领域的钻研的头条[3]。

1.2 PUF的国内外研究现状

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：19947字