CN107766642B - 基于占空比测量的反馈式复用器puf结构装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于占空比测量的反馈式复用器PUF结构，包括串行连接的2:1复用器序列，序列尾端分别连接一个与非门和偶数个反相器，最后一个反相器的输出信号送回至复用器序列的输入端。本发明有效提高了PUF的稳定性。

Description

基于占空比测量的反馈式复用器PUF结构装置
技术领域
本发明涉及物理不可克隆函数，特别是涉及基于占空比测量的反馈式复用器PUF结构。
背景技术
物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function，以下简称PUF)在2002年提出，至今已经发展为两个主要的类别，即硅基和非硅基。其中硅基PUF用电路实现，所以较容易整合到集成电路中，各种硅基PUF中，延迟PUF是较为常用的一类。
目前有三种标准被用来评判PUF结构的性能，随机性(Randomness)、独特性(Uniqueness)和稳定性(Reliability)。随机性用来评判响应数据帧中1和0的数量平衡度，独特性被用来评判不同PUF芯片响应数据的不同程度，而稳定性则用来评判外界环境发生变化时PUF响应数据的出错的概率。
环形振荡器物理不可克隆函数(Ring Oscillator PUF，以下简称RO PUF)由复数的环形振荡器组成，每个环形振荡器由奇数个反相器首尾相连而成，当振荡器内产生噪声，信号就开始在振荡器内振荡，而信号的振荡频率则是和振荡器内反相器的延时相关的，因而每个相同的振荡器产生的振荡频率不尽相同，RO PUF用输入频率在环形振荡器阵列中选择相应的一对环形振荡器，测量比较他们的振荡频率，从而产生输出信号。
如图1所示，复用器物理不可克隆函数(Multiplexer PUF，以下简称MUX PUF)则由复数的2:1复用器串组成，同一个上升沿信号进入并行的两条通路，而通路的路径则由一组输入信号来决定，两条通路最后接入一个仲裁器(图上以一个D-触发器为例)，如果信号首先到达D端口，输出为1，否则为0。
现存的PUF技术大多数面临一个问题：输出数据的不稳定性。而作为加密函数，PUF需要有足够的稳定性。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高PUF稳定性的基于占空比测量的反馈式复用器PUF结构装置。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的基于占空比测量的反馈式复用器PUF结构装置，包括串行连接的2:1复用器序列，序列尾端分别连接一个与非门和偶数个反相器，最后一个反相器的输出信号送回至复用器序列的输入端。
进一步，所述复用器序列的首端还连接有周期计数器。
进一步，所述复用器序列有两组。
进一步，所述各组复用器序列中，每两个相邻2:1复用器之间的结点均连接一个计数器，从而第一组复用器序列对应于第一组计数器，第二组复用器序列对应于第二组计数器，两组计数器一一对应。
进一步，两组计数器中，相对应的两个计数器的输出端分别连接一个除法器，两个除法器的输出端均连接同一个比较器，通过该比较器输出二进制数据。
进一步，所述反相器有4个。
有益效果：本发明公开了一种基于占空比测量的反馈式复用器PUF结构，通过改***件结构，进而改变结构的测量方式和输出方式，有效提高了PUF的稳定性。
附图说明
图1为现有技术中复用器物理不可克隆函数的结构图；
图2为本发明具体实施方式中的反馈式复用器PUF结构的结构图；
图3为现有技术中的复用器物理不可克隆函数和本发明具体实施方式中的反馈式复用器PUF结构的热噪声稳定性对比图；
图4为现有技术中的复用器物理不可克隆函数和本发明具体实施方式中的反馈式复用器PUF结构的温度稳定性对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种基于占空比测量的反馈式复用器PUF结构装置，包括串行连接的2:1复用器序列，序列尾端分别连接一个与非门和偶数个反相器，最后一个反相器的输出信号送回至复用器序列的输入端。如图2所示，反相器个数为4个，复用器序列有两组。实际上当输入数据符合要求时，则形成了两个环形振荡器。当两个与非门的使能端接高电平时，电路内的噪声即会使振荡信号在振荡器内生成。复用器序列的首端还连接有周期计数器，用来计算振荡器内信号的周期长度。两组2:1复用器序列中，相邻两个复用器之间的结点连接一个计数器，用来测量高电平长度，从而第一组复用器序列对应于第一组计数器，第二组复用器序列对应于第二组计数器，两组计数器一一对应；两组计数器中，相对应的两个计数器的输出端分别连接一个除法器，用来计算占空比数据，两个除法器的输出端均连接一个比较器，则两个占空比数据通过比较器进行对比，若一个占空比数据大于另一个，则输出1，否则输出0。
显然，复用器序列的级数即为输出数据的帧长度，一个m级的DC MUX PUF可以将m位输入数据加密为长度为m的数据帧。
下面对现有技术中的复用器物理不可克隆函数和本发明具体实施方式中的反馈式复用器PUF结构分别进行测试。现有技术中的复用器物理不可克隆函数简称为原始MUXPUF，本发明具体实施方式中的反馈式复用器PUF结构简称为DC MUX PUF。
首先在考虑电路热噪声的情况下进行稳定性测试，结果如图3所示，可以看到：随着热噪声强度增大，原始MUX PUF的稳定性迅速下降至50％，而DC MUX PUF保持在97％以上。
然后考虑温度变化的情况下进行稳定性测试，结果如图4所示，可以看到：仿真温度设定在0到95℃间变化时，电路稳定性都保持在96％以上。
最后还对结构的随机性和独特性性能进行了测试，DC MUX PUF结构和原始MUXPUF结构的测试结果对比汇总在表1中，可以看到：两种结构的独特性都达到了98％以上，而随机性DC MUX PUF略低，但也达到了93.92％，不影响结构的功能。
表1现有技术中的复用器物理不可克隆函数和本发明具体实施方式中的反馈式复用器PUF结构的性能对比汇总表
Figure GDA0002675360450000031

Claims (1)

1.基于占空比测量的反馈式复用器PUF结构装置，其特征在于：包括串行连接的2:1复用器序列，序列尾端分别连接一个与非门和偶数个反相器，最后一个反相器的输出信号送回至复用器序列的输入端；所述复用器序列的首端还连接有周期计数器，所述复用器序列有两组，所述各组复用器序列中，每两个相邻2:1复用器之间的结点均连接一个计数器，从而第一组复用器序列对应于第一组计数器，第二组复用器序列对应于第二组计数器，两组计数器一一对应，两组计数器中，相对应的两个计数器的输出端分别连接一个除法器，两个除法器的输出端均连接同一个比较器，通过该比较器输出二进制数据，所述反相器有4个。
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