CN110730068A - 一种基于sram-puf的密钥提取方法 - Google Patents

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邵健
周昱
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Abstract

本发明公开一种基于SRAM‑PUF的密钥提取方法，属于SoC信息安全技术领域。所述基于SRAM‑PUF的密钥提取方法包括生成阶段和重建阶段。在生成阶段获得可公开的辅助数据S；在重建阶段，依据所述辅助数据S纠正存在的错误，得到稳定的响应序列Y2。本发明能防止信息被非法窃取，并抵御来自外界的暴力窃取和物理移植；纠正SRAM产生响应时出现的随机错误，极大地提高SRAM PUF的稳定性。

Description

一种基于SRAM-PUF的密钥提取方法
技术领域
本发明涉及SoC信息安全技术领域，特别涉及一种基于SRAM-PUF的密钥提取方法。
背景技术
近年来，当智能设备越来越普遍时，随之而产生的信息安全问题成为了人们所关注的焦点。为了产品信息和用户数据不被泄漏，电子产品的加密防伪技术就显得尤为重要。如数据加密算法(DES)、高级加密标准(AES)和RSA公钥加密算法等传统的加密算法可以有效地保证数据和设备的安全，但如果这些加密算法的密钥一旦泄漏，加密算法也就失去了作用。此外，虽然可以设计复杂的加密算法来抵抗暴力破解攻击、侧信道攻击和重放攻击等以避免自身密钥的泄漏，然而由于成本和工作环境的制约，多数智能设备无法支持过于复杂的算法；一些优秀的加密算法即使能防止信息被非法窃取，也无法抵御来自外界的暴力窃取和物理移植。
在这种背景下，人们提出了一种全新的方法来保护设备的信息安全。鉴于集成电路在生产过程中每个逻辑门的物理特性都不相同，因此可以利用建立在设备上物理构造差异和不可克隆性来进行唯一性的认证。然而在实际使用中，SRAM PUF提取密钥还存在一些问题。由于温度、电压等工作环境的不同，对于同一个激励，SRAM PUF产生的响应序列也不一定相同。因此，需要对产生的响应序列进行处理以得到唯一稳定的密钥。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于SRAM-PUF的密钥提取方法，实现自适应调整、降低数据传输出错的风险，以提高SRAM PUF的稳定性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于SRAM-PUF的密钥提取方法，包括：
生成阶段，获得可公开的辅助数据S；
重建阶段，依据所述辅助数据S纠正存在的错误，得到稳定的响应序列Y2。
可选的，所述生成阶段包括：
通过SRAM芯片产生响应序列Y和RS码；
所述RS码先随机产生长度为k的数据，利用m个RS纠错码将其编码为一个长度为n的数据D，其中k+m＝n；
计算响应序列Y卷积数据D得到所述辅助数据S。
可选的，所述RS码和产生的响应序列Y等长。
可选的，所述SRAM芯片产生响应序列Y包括：
选取不少于2种常见型号的SRAM芯片进行若干次不同环境下的上电测试，从中分别选取片内上电复位值相对稳定的SRAM芯片和数据变化率相对较大的SRAM芯片，随机择SRAM芯片一组长度为n位置产生的数据作为响应序列Y。
可选的，所述重建阶段包括：依据所述辅助数据S，利用RS码译码及编码纠正存在的错误，得到稳定的响应序列Y2。
可选的，所述的重建阶段包括如下步骤：
步骤1、使用SRAM芯片中与生成阶段同一位置产生一个长度为n的响应序列Y1；
步骤2、将响应序列Y1与辅助数据S相卷积得到数据D1，所述数据D1是一个包含错误比特的数据，错误数为0到n；
步骤3、采用RS码将数据D1进行译码得到原信息，然后再重复生成阶段的编码过程，用RS码对其再次进行编译得到一个长度为n的数据D2；
步骤4、将数据D2与辅助数据S卷积得到的响应序列Y2，即为提取的密钥。
在本发明中提供了一种基于SRAM-PUF的密钥提取方法，在生成阶段获得可公开的辅助数据S；在重建阶段，依据所述辅助数据S纠正存在的错误，得到稳定的响应序列Y2。
本发明具有以下有益效果：
(1)能防止信息被非法窃取，并抵御来自外界的暴力窃取和物理移植；
(2)纠正SRAM产生响应时出现的随机错误，极大地提高SRAM PUF的稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的基于SRAM-PUF的密钥提取方法示意图；
图2是SRAM存储单元结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于SRAM-PUF的密钥提取方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种基于SRAM-PUF的密钥提取方法，如图1所示，包括生成阶段和重建阶段；其中，在所述生成阶段获得可公开的辅助数据S；在重建阶段依据所述辅助数据S纠正存在的错误，得到稳定的相应序列Y2。
具体的，请继续参阅图1，在所述生成阶段，首先通过SRAM芯片产生响应序列Y和RS码；所述RS码先随机产生长度为k的数据，利用m个RS纠错码将其编码为一个长度为n的数据D，其中k+m＝n；计算响应序列Y卷积数据D得到所述辅助数据S，由于从所述辅助数据S无法逆推出响应序列Y，所以辅助数据S是可以公开的。其中，所述RS码和产生的响应序列Y等长，且均通过SRAM芯片产生。进一步的，响应序列Y的产生方法为：选取不少于2种常见型号的SRAM芯片进行若干次不同环境下的上电测试，从中分别选取片内上电复位值相对稳定的SRAM芯片和数据变化率相对较大的SRAM芯片，随机择SRAM芯片一组长度为n位置产生的数据作为响应序列Y(即上电值Y)；更进一步的，如图2所示的两个首尾相连的反相耦合器组成了SRAM PUF的单元阵列中的每个单元。其中两个状态节点Q和nQ在无源情况下处于逻辑“00”状态，而当SRAM上电后，Q和nQ会迅速过渡到“01”或“10”状态，因为工艺生产中存在的部分不确定性因素，这个最终状态是不可预测的。那么利用这个特性在上电后，SRAM的存储矩阵上就会得到一系列不同的响应，形成激励响应对。选取五种常见型号的SRAM芯片多次进行不同环境下的上电测试，从中分别选取片内上电复位值较为稳定的芯片和同片片内数据变化率较大的芯片，随机择芯片一组长度为n位置产生的数据作为响应序列Y。
所述重建阶段包括：依据所述生成阶段获得的辅助数据S，利用RS码译码及编码纠正存在的错误，得到稳定的响应序列Y2，具体为：
使用SRAM芯片中与生成阶段同一位置产生一个长度为n的响应序列Y1(即上电复值Y1)；将响应序列Y1与辅助数据S相卷积得到数据D1，而其中D1是一个包含错误传输比特的数据；采用RS码将数据D1进行译码得到原信息，然后再重复生成阶段的编码过程，用RS码对其再次进行编译得到一个长度为n的数据D2，这个译码后再次编码的过程即为图1中的RS码纠错；将数据D2与辅助数据S卷积得到的响应序列Y2，即为提取的密钥。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于SRAM-PUF的密钥提取方法，其特征在于，包括：
生成阶段，获得可公开的辅助数据S；
重建阶段，依据所述辅助数据S纠正存在的错误，得到稳定的响应序列Y2。
2.如权利要求1所述的基于SRAM-PUF的密钥提取方法，其特征在于，所述生成阶段包括：
通过SRAM芯片产生响应序列Y和RS码；
所述RS码先随机产生长度为k的数据，利用m个RS纠错码将其编码为一个长度为n的数据D，其中k+m＝n；
计算响应序列Y卷积数据D得到所述辅助数据S。
3.如权利要求2所述的基于SRAM-PUF的密钥提取方法，其特征在于，所述RS码和产生的响应序列Y等长。
4.如权利要求2所述的基于SRAM-PUF的密钥提取方法，其特征在于，所述SRAM芯片产生响应序列Y包括：
选取不少于2种常见型号的SRAM芯片进行若干次不同环境下的上电测试，从中分别选取片内上电复位值相对稳定的SRAM芯片和数据变化率相对较大的SRAM芯片，随机择SRAM芯片一组长度为n的位置产生的数据作为响应序列Y。
5.如权利要求2所述的基于SRAM-PUF的密钥提取方法，其特征在于，所述重建阶段包括：依据所述辅助数据S，利用RS码译码及编码纠正存在的错误，得到稳定的响应序列Y2。
6.如权利要求5所述的基于SRAM-PUF的密钥提取方法，其特征在于，所述的重建阶段包括如下步骤：
步骤1、使用SRAM芯片中与生成阶段同一位置产生一个长度为n的响应序列Y1；
步骤2、将响应序列Y1与辅助数据S相卷积得到数据D1，所述数据D1是一个包含错误比特的数据，错误数为0到n；
步骤3、采用RS码将数据D1进行译码得到原信息，然后再重复生成阶段的编码过程，用RS码对其再次进行编译得到一个长度为n的数据D2；
步骤4、将数据D2与辅助数据S卷积得到的响应序列Y2，即为提取的密钥。
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