KR101980964B1 - Physically uncloable function device based on counter and method for acquiring challenge-response thereof - Google Patents

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KR101980964B1 KR1020170064316A KR20170064316A KR101980964B1 KR 101980964 B1 KR101980964 B1 KR 101980964B1 KR 1020170064316 A KR1020170064316 A KR 1020170064316A KR 20170064316 A KR20170064316 A KR 20170064316A KR 101980964 B1 KR101980964 B1 KR 101980964B1
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임선일
조호준
양준성
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

효율적으로 지연 기반 (Delay Based) PUF 의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 카운터 기반 물리적 복제 방지 함수 장치가 제공된다. PUF 장치는, 하나 이상의 멀티플렉서 - 여기서, 멀티플렉서는 적어도 2 이상의 지연 경로에 대응하는 적어도 2 이상의 입력 단자 및 적어도 2 이상의 출력 단자와, 챌린지 (Challenge) 입력 단자를 포함 - 들을 연결하여 구성된 멀티플렉서 어레이와, 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들에 각각 연결된 2 이상의 카운터와, 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들을 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자들에 각각 연결하는 피드백 루프, 및 2 이상의 카운터의 최상위 비트들에 각각 연결되어, 2 이상의 지연 경로에 각각 대응하는 신호의 도착 선후에 따른 상이한 응답 (Response) 을 출력하는 아비터 (arbiter) 를 포함한다. 따라서, 종래 신뢰도 높은 PUF 구성을 위해 요구되던 면적과 전력 소비를 크게 감소시킬 수 있다. A counter-based physical copy protection function device capable of efficiently improving the reliability of a delay-based PUF is provided. The PUF apparatus includes a multiplexer array configured by connecting one or more multiplexers, wherein the multiplexer includes at least two input terminals and at least two output terminals corresponding to at least two delay paths, and a challenge input terminal; A feedback loop connecting each of the final output terminals of the multiplexer array to the initial input terminals of the multiplexer array and a plurality of counters connected to the most significant bits of the two or more counters, And an arbiter for outputting different responses according to the arrival sequence of the signals corresponding to the delay paths. Therefore, the area and power consumption required for the conventional reliable PUF configuration can be greatly reduced.

Figure R1020170064316
Figure R1020170064316

Description

카운터 기반 물리적 복제 방지 함수 장치 및 이를 이용한 챌린지-응답 획득 방법{PHYSICALLY UNCLOABLE FUNCTION DEVICE BASED ON COUNTER AND METHOD FOR ACQUIRING CHALLENGE-RESPONSE THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a counter-based physical copy prevention function device and a challenge-response acquisition method using the same.

본 발명은 물리적 복제 방지 함수 (Physically Unclonable Function, PUF) 에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지연 기반 PUF 의 신뢰도 (Reliability) 를 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a physical unclonable function (PUF), and more particularly, to an apparatus and method for improving the reliability of a delay-based PUF.

최근 공정상에 발생하는 무작위적인 변이를 이용해 예를 들어, 장치 인증 (Device authentication) 이나 비밀 키 생성 (Secret key generation) 과 같은 보안 목적으로 사용하는 물리적 복제 방지 함수 (Physically Unclonable Function, 이하 "PUF"라 함) 의 개념이 등장하였다. PUF 는 하드웨어 상으로 구현하는 함수의 일종으로 입력을 챌린지 (challenge), 출력을 응답 (response) 이라 칭한다. PUF 를 보안 목적으로 사용하기 위해서는 여러 조건을 갖춰야 하는데, 그 중 PUF 의 동작 안정성을 평가할 수 있는 지표 중 하나는 신뢰도이다. 신뢰도는 동일한 챌린지를 반복하여 입력했을 때 출력되는 응답이 일정한지 여부를 측정하는 척도가 될 수 있다.A physical unclonable function (hereinafter referred to as " PUF ") function, which is used for security purposes, for example, in device authentication or secret key generation, ) Has emerged. PUF is a type of function that is implemented on the hardware, which is called a challenge and an output is called a response. In order to use the PUF for security purposes, several conditions must be met. One of the indicators that can evaluate the operational stability of the PUF is reliability. Reliability can be a measure of whether a response is consistent when the same challenge is repeatedly entered.

관련하여, PUF 는 하드웨어의 아날로그적인 특성을 이용하는 것이기 때문에 온도나 공급 전압 등 주위 환경이 바뀌게 되면 같은 챌린지를 입력하더라도 종전과는 다른 응답이 출력될 수 있다. 하지만, PUF 를 보안 목적으로 사용하기 위해서는 같은 챌린지를 입력하면 항상 같은 응답이 출력되어야 한다. 이를 수치로 나타낸 것을 신뢰도라고 하며, PUF 의 신뢰도를 향상시키는 것이 중요하다. 종래에 이 문제를 해결하기 위해서, PUF 회로 이외에 주위 환경에 의한 변화를 보정하기 위한 추가적인 회로 (post processing logic) 를 구비하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나 이러한 방법은 PUF 회로에 비해 큰 면적을 차지하고 많은 전력을 소모하므로 비효율적인 방법이다. In this regard, since the PUF utilizes the analog characteristics of the hardware, if the ambient environment such as temperature or supply voltage changes, a different response may be output even if the same challenge is input. However, in order to use the PUF for security purposes, the same response should always be output when the same challenge is entered. It is important to improve the reliability of the PUF. In order to solve this problem in the past, a method has been proposed that includes an additional circuit (post processing logic) for correcting the change due to the surrounding environment in addition to the PUF circuit. However, this method is inefficient because it occupies a large area and consumes a lot of power compared to the PUF circuit.

한국 등록특허공보 제10-1408619호 ("커패시터 용량 편차 기반 물리적 복제 방지 기능 시스템", 충북대학교 산학협력단)Korean Patent Registration No. 10-1408619 (" Capacity Displacement Based Physical Copy Protection System ", Chungbuk National University Industry & University Collaboration Foundation)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 적은 면적을 차지하면서도 효율적으로 지연 기반 (Delay Based) PUF 의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 카운터 기반 물리적 복제 방지 함수 장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a counter-based physical copy prevention function device capable of effectively improving the reliability of a delay-based PUF while occupying a small area.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 적은 면적을 차지하면서도 효율적으로 지연 기반 PUF 의 신뢰도를 향상시킬 수 있는, 물리적 복제 방지 함수를 이용한 챌린지-응답 획득 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a challenge-response acquisition method using a physical copy protection function that can efficiently improve the reliability of a delay-based PUF while occupying a small area.

다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF (Physically Unclonable Function) 장치는, 하나 이상의 멀티플렉서 - 여기서, 상기 멀티플렉서는 적어도 2 이상의 지연 경로에 대응하는 적어도 2 이상의 입력 단자 및 적어도 2 이상의 출력 단자와, 챌린지 (Challenge) 입력 단자를 포함 - 들을 연결하여 구성된 멀티플렉서 어레이; 상기 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들에 각각 연결된 2 이상의 카운터; 상기 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들을 상기 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자들에 각각 연결하는 피드백 루프; 및 상기 2 이상의 카운터의 최상위 비트들에 각각 연결되어, 상기 2 이상의 지연 경로에 각각 대응하는 신호의 도착 선후에 따른 상이한 응답 (Response) 을 출력하는 아비터 (arbiter) 를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a counter based PUF (Physically Unclonable Function) device, comprising: at least one multiplexer, wherein the multiplexer includes at least two input terminals corresponding to at least two delay paths, A multiplexer array formed by connecting two or more output terminals and a challenge input terminal; Two or more counters respectively connected to the final output terminals of the multiplexer array; A feedback loop connecting the final output terminals of the multiplexer array to the first input terminals of the multiplexer array, respectively; And an arbiter connected to each of the most significant bits of the two or more counters and outputting a different response depending on a destination of a signal corresponding to each of the two or more delay paths.

일 측면에 따르면, 상기 피드백 루프는, 상기 2 이상의 지연 경로가 상기 피드백 루프를 거친 후에도 일정하게 반복될 수 있도록 상기 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들과 상기 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자들 사이의 연결 관계를 조정하는 피드백 멀티플렉서를 포함할 수 있다. According to an aspect of the invention, the feedback loop includes a connection relationship between the final output terminals of the multiplexer array and the initial input terminals of the multiplexer array such that the two or more delay paths can be repeated evenly after the feedback loop And may include a feedback multiplexer to adjust.

일 측면에 따르면, 상기 피드백 멀티플렉서는, 챌린지 입력에 따른 상기 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자 - 최종 출력 단자 대응이 변경된다는 결정에 응답하여 상기 피드백 멀티플렉서의 입력 - 출력 대응을 변경할 수 있다. According to an aspect, the feedback multiplexer may change the input-output correspondence of the feedback multiplexer in response to a determination that a first input terminal to a final output terminal correspondence of the multiplexer array with respect to a challenge input is changed.

일 측면에 따르면, 상기 피드백 멀티플렉서는, 챌린지 입력에 따른 상기 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자 - 최종 출력 단자 대응이 유지된다는 결정에 응답하여 상기 피드백 멀티플렉서의 입력 - 출력 대응을 유지할 수 있다. According to an aspect, the feedback multiplexer may maintain the input-output correspondence of the feedback multiplexer in response to determining that the initial input terminal to final output terminal correspondence of the multiplexer array with respect to the challenge input is maintained.

일 측면에 따르면, 상기 피드백 루프는, 상기 피드백 루프에 따른 루프의 반복에 대응하여 상기 카운터의 값을 증가시키기 위해 상기 2 이상의 지연 경로 각각에 대해 인버터를 더 포함할 수 있다. According to an aspect, the feedback loop may further include an inverter for each of the at least two delay paths to increase the value of the counter in response to the iteration of the loop along the feedback loop.

일 측면에 따르면, 상기 카운터는 레지스터 (registor) 로 구성될 수 있다. According to an aspect, the counter may be comprised of a register.

일 측면에 따르면, 상기 아비터는 플립 플롭 (flip-flop) 으로 구성될 수 있다. According to an aspect, the arbiter may be configured as a flip-flop.

일 측면에 따르면, 상기 2 이상의 카운터의 최상위 비트 중 어느 하나의 값이 1 이 되는 시점에서 상기 카운터의 값들 사이의 차를 계산하기 위한 연산부를 더 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the apparatus may further include an operation unit for calculating a difference between values of the counter at a time when any one of the most significant bits of the two or more counters becomes one.

일 측면에 따르면, 제 1 챌린지 입력에 따른 상기 카운터의 값들 사이의 차가 미리 설정한 임계값보다 작은 경우, 상기 제 1 챌린지 입력 및 상기 제 1 챌린지 입력에 따른 응답은 더 이상 챌린지 - 응답 쌍으로서 사용되지 않을 수 있다. According to one aspect, when the difference between the values of the counter according to the first challenge input is less than a predetermined threshold, the response in response to the first challenge input and the first challenge input is no longer used as a challenge- .

일 측면에 따르면, 상기 카운터 기반 PUF 장치는, 제 1 챌린지 입력에 따른 상기 카운터의 값들 사이의 차가 미리 설정한 임계값보다 큰 경우, 상기 제 1 챌린지 입력을 안정한 챌린지 입력 리스트에 저장하는 챌린지 메모리를 더 포함할 수 있다. According to one aspect, the counter based PUF device includes a challenge memory for storing the first challenge input in a stable challenge list if the difference between the values of the counter according to the first challenge input is greater than a predetermined threshold value .

일 측면에 따르면, 상기 카운터 기반 PUF 장치는 서버와 연결되고, 상기 연산부 및 상기 챌린지 메모리는 상기 서버에 포함될 수 있다. According to an aspect, the counter based PUF device is connected to a server, and the operation unit and the challenge memory may be included in the server.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 카운터 기반 PUF (Physically Unclonable Function) 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법은, 하나 이상의 멀티플렉서 - 여기서, 상기 멀티플렉서는 적어도 2 이상의 지연 경로에 대응하는 적어도 2 이상의 입력 단자 및 적어도 2 이상의 출력 단자와, 챌린지 (Challenge) 입력 단자를 포함 - 들을 연결하여 구성된 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자들에서 입력 신호를 수신하고, 각각의 챌린지 입력 단자들에서 챌린지 입력에 대응하는 신호를 수신하는 단계; 상기 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들에 각각 연결된 2 이상의 카운터에서 상기 최종 출력 단자로부터의 신호를 수신하고, 상기 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들의 신호를 피드백 루프를 통해 상기 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자들에서 각각 수신하는 단계; 및 상기 2 이상의 카운터의 최상위 비트들에 각각 연결된 아비터 (arbiter) 에서, 상기 2 이상의 지연 경로에 각각 대응하는 신호의 도착 선후에 따른 상이한 응답 (Response) 을 출력하는 단계를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a challenge-response acquisition method using a counter based PUF (Physically Unclonable Function) for solving the above-mentioned problems. The challenge-response acquisition method includes: at least one multiplexer, Receiving input signals at initial input terminals of a multiplexer array constructed by connecting at least two input terminals, at least two output terminals, and a challenge input terminal, and responding to the challenge input at each of the challenge input terminals The method comprising: receiving a signal; Receiving signals from the final output terminals at two or more counters connected to the final output terminals of the multiplexer array and outputting signals of the final output terminals of the multiplexer array to the first input terminals of the multiplexer array via a feedback loop, Receiving; And outputting a different response according to an arrival sequence of a signal corresponding to each of the two or more delay paths, in an arbiter connected to the most significant bits of the two or more counters.

일 측면에 따르면, 상기 피드백 루프는, 상기 2 이상의 지연 경로가 상기 피드백 루프를 거친 후에도 일정하게 반복될 수 있도록 상기 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들과 상기 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자들 사이의 연결 관계를 조정하는 피드백 멀티플렉서를 포함할 수 있다. According to an aspect of the invention, the feedback loop includes a connection relationship between the final output terminals of the multiplexer array and the initial input terminals of the multiplexer array such that the two or more delay paths can be repeated evenly after the feedback loop And may include a feedback multiplexer to adjust.

일 측면에 따르면, 상기 피드백 멀티플렉서는, 챌린지 입력에 따른 상기 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자 - 최종 출력 단자 대응이 변경된다는 결정에 응답하여 상기 피드백 멀티플렉서의 입력 - 출력 대응을 변경할 수 있다. According to an aspect, the feedback multiplexer may change the input-output correspondence of the feedback multiplexer in response to a determination that a first input terminal to a final output terminal correspondence of the multiplexer array with respect to a challenge input is changed.

일 측면에 따르면, 상기 피드백 멀티플렉서는, 챌린지 입력에 따른 상기 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자 - 최종 출력 단자 대응이 유지된다는 결정에 응답하여 상기 피드백 멀티플렉서의 입력 - 출력 대응을 유지할 수 있다. According to an aspect, the feedback multiplexer may maintain the input-output correspondence of the feedback multiplexer in response to determining that the initial input terminal to final output terminal correspondence of the multiplexer array with respect to the challenge input is maintained.

일 측면에 따르면, 상기 피드백 루프는, 상기 피드백 루프에 따른 루프의 반복에 대응하여 상기 카운터의 값을 증가시키기 위해 상기 2 이상의 지연 경로 각각에 대해 인버터를 더 포함할 수 있다. According to an aspect, the feedback loop may further include an inverter for each of the at least two delay paths to increase the value of the counter in response to the iteration of the loop along the feedback loop.

일 측면에 따르면, 상기 카운터는 레지스터 (registor) 로 구성될 수 있다. According to an aspect, the counter may be comprised of a register.

일 측면에 따르면, 상기 아비터는 플립 플롭 (flip-flop) 으로 구성될 수 있다. According to an aspect, the arbiter may be configured as a flip-flop.

일 측면에 따르면, 상기 상이한 응답을 출력하는 단계는, 상기 2 이상의 카운터의 최상위 비트 중 어느 하나의 값이 1 이 되는 시점에서 상기 카운터의 값들 사이의 차를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. According to an aspect, outputting the different response may include calculating a difference between values of the counter at a time when the value of any one of the most significant bits of the two or more counters becomes one.

일 측면에 따르면, 제 1 챌린지 입력에 따른 상기 카운터의 값들 사이의 차가 미리 설정한 임계값보다 큰 경우, 상기 제 1 챌린지 입력을 챌린지 메모리 내의 안정한 챌린지 입력 리스트에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an aspect, the method may further include storing the first challenge input in a stable challenge input list in the challenge memory if the difference between the values of the counter according to the first challenge input is greater than a predetermined threshold value .

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technique may have the following effects. It is to be understood, however, that the scope of the disclosed technology is not to be construed as limited thereby, as it is not meant to imply that a particular embodiment should include all of the following effects or only the following effects.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 물리적 복제 방지 함수 장치 및 이를 이용한 챌린지-응답 획득 방법에 따르면, 적은 면적을 차지하면서도 효율적으로 지연 기반 (Delay Based) PUF 의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 즉, 종래 기술이 PUF 의 신뢰도 향상을 위해 환경 변화를 보정하기 위한 추가적인 회로를 구비함으로써 PUF 회로 구성에 큰 면적이 소요되고 소비 전력 역시 크게 요구되었던 문제점을 해결할 수 있다. According to the above-described counter-based physical copy prevention function device and the challenge-response obtaining method using the same, it is possible to improve the reliability of the delay-based PUF efficiently while occupying a small area. That is, the prior art has an additional circuit for correcting the environmental change to improve the reliability of the PUF, thereby solving the problem that a large area is required for the PUF circuit configuration and a large power consumption is also required.

뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 물리적 복제 방지 함수 장치 및 이를 이용한 챌린지-응답 획득 방법에 따르면, 지연 경로들 간의 차이가 적은 챌린지들에 대해서 이를 불안정하다고 간주하여 실제 PUF 를 사용함에 있어서 걸러내어 사용하지 않도록 함으로써, 더욱 더 향상된 신뢰도를 달성할 수 있다. In addition, according to the counter-based physical copy protection function apparatus and the challenge-response obtaining method using the counter-based physical copy protection function apparatus according to an embodiment of the present invention, it is considered that the challenge is unstable for the challenges with few differences between the delay paths, So that more reliable reliability can be achieved.

도 1 은 종래 지연 기반 물리적 복제 방지 함수 (Delay based PUF) 장치인 아비터 (Arbiter) PUF 의 구성을 나타내는 블록 회로도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 물리적 복제 방지 함수 장치의 구성을 나타내는 블록 회로도이다.
도 3 은 도 2 의 카운터와 관련된 일 실시예의 상세 구성도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법의 흐름도이다.
도 5 는 도 4 의 응답 출력 단계의 상세 흐름도이다.
1 is a block circuit diagram showing a configuration of an Arbiter PUF which is a conventional delay-based physical copy protection function (Delay based PUF) device.
2 is a block circuit diagram showing a configuration of a counter-based physical copy prevention function device according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed configuration diagram of an embodiment related to the counter of FIG.
4 is a flowchart of a challenge-response acquisition method using a counter-based PUF according to an embodiment of the present invention.
5 is a detailed flowchart of the response output step of FIG.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

앞서 살핀 바와 같이, 공정상에 발생하는 무작위적인 변이를 이용한 물리적 복제 방지 함수 (Physically Unclonable Function, PUF) 를 장치 인증과 같은 보안 목적으로 사용하기 위한 시도가 이루어지고 있으나, 보안 목적 사용을 위해서는 동일 챌린지에 대한 동일 응답을 보장할 수 있는 PUF 의 신뢰도 (Reliability) 를 확보하는 것이 중요하다. As we have seen, attempts have been made to use a physically unclonable function (PUF) with random variations occurring in the process for security purposes such as device authentication. However, for security purposes, the same challenge It is important to secure the reliability of the PUF that can guarantee the same response to the PUF.

종래 PUF 의 신뢰도 확보를 위한 방안으로서 PUF 장치 주변 환경의 변화를 보정하는 추가 회로의 도입이 검토되었으나, 이는 PUF 회로 구성에 큰 면적을 필요로하고 많은 전력을 소모하는 단점이 있었다. As an approach for securing the reliability of the conventional PUF, the introduction of an additional circuit for correcting the change of the environment of the PUF device has been studied. However, this requires a large area in the PUF circuit configuration and consumes a lot of power.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 현재 존재하고 있는 다양한 PUF 중에서, 예를 들어 가장 보편적으로 사용되고 있는 지연 기반 PUF (Delay based PUF), 또는 아비터 PUF (Arbiter PUF) 의 신뢰도를 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a delay-based PUF (Delay based PUF) or an Arbiter PUF And methods.

본 발명은 적은 면적을 사용해 간단하고 효율적으로 지연 기반 PUF 의 신뢰도를 향상시키는 것을 일 목적으로 한다. 지연 기반 PUF 의 끝 부분에 카운터를 추가하고 처음으로 되돌아가는 피드백 루프를 형성하면, 카운터가 예를 들어 두 개의 지연 경로 (Delay path) 의 차이를 증폭시켜주는 역할을 할 수 있다. 이를 통해 주위의 환경 변화에도 안정한 챌린지-응답 쌍을 얻을 수 있는 지연 기반 PUF 를 구성하는 것이 가능하다. The present invention aims to improve the reliability of the delay-based PUF simply and efficiently using a small area. If you add a counter to the end of the delay-based PUF and form a feedback loop that goes back to the beginning, the counter can, for example, act to amplify the difference between the two delay paths. This makes it possible to construct a delay-based PUF that can obtain a stable challenge-response pair even in the surrounding environment.

기존에는 큰 면적을 차지하고 전력 소모가 많았던 사후 처리 (post processing) 등을 사용하여 신뢰도 문제를 해결했던 것에 비해, 본 발명에서는 예를 들어 레지스터 소수로 구성된 카운터, 예를 들어 기본 논리 게이트 (logic gate) 소수로 구성된 피드백 루프만을 추가하는 것에 의해, 아주 작은 추가 면적으로도 상당한 신뢰도 향상을 기대할 수 있다. In the present invention, for example, a counter composed of a register prime number, for example, a basic logic gate, is used as a countermeasure to solve the reliability problem by using post processing or the like which occupies a large area and consumes a large amount of power. By adding only a small number of feedback loops, a significant increase in reliability can be expected with even a small additional area.

또한, 예를 들어 두 개의 서로 상이한 지연 경로에 대응하는 카운터의 값을 비교하는 것에 의해 각 챌린지에 의해 형성되는 두 개의 지연 경로의 차이를 쉽게 측정할 수 있다. 이를 활용해 지연 경로의 차이가 적은 챌린지들은 불안정하다고 간주하여 실제 PUF 를 사용할 때 걸러내어 (trimming) 사용하지 않으면 더욱더 PUF 의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.It is also possible to easily measure the difference between two delay paths formed by each challenge, for example by comparing the values of counters corresponding to two different delay paths. Using this technique, the Challenges with few differences in the delay path are regarded as unstable, and when the actual PUF is used, trimming can be used to improve the reliability of the PUF.

도 1 은 종래 지연 기반 물리적 복제 방지 함수 (Delay based PUF) 장치인 아비터 (Arbiter) PUF 의 구성을 나타내는 블록 회로도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 아비터 PUF 는 하나 이상의 멀티플렉서 (10-1, 10-2, …, 10-N) 들을 연결하여 구성된 멀티플렉서 어레이 (10) 와 아비터 (20) 를 포함한다. 1 is a block circuit diagram showing a configuration of an Arbiter PUF which is a conventional delay-based physical copy protection function (Delay based PUF) device. As shown in Figure 1, the arbiter PUF includes a multiplexer array 10 and an arbiter 20 constructed by connecting one or more multiplexers 10-1, 10-2, ..., 10-N.

멀티플렉서 어레이 (10) 의 최초 입력 단자들에는 입력 신호 (1) 가 각각 입력되어 두 개의 상이한 지연 경로의 시작점을 형성하고, 멀티플렉서 어레이 (10) 에 포함된 하나 이상의 멀티플렉서 (10-1, 10-2, …, 10-N) 들 각각은 N 비트의 챌린지 입력 (3) 에 대응하여 각 멀티플렉서에 상응하는 챌린지 입력 신호를 수신하여, 각각의 챌린지 입력 신호에 따라 해당하는 멀티플렉서 내에서의 지연 경로들을 서로 교차시키거나, 또는 유지할 수 있다. 따라서, 상이한 챌린지에 따른 상이한 지연 경로들의 설정이 가능하다. Input signals 1 are respectively input to the initial input terminals of the multiplexer array 10 to form the start points of two different delay paths and one or more multiplexers 10-1 and 10-2 included in the multiplexer array 10 , ..., 10-N each receive a challenge input signal corresponding to each multiplexer corresponding to an N-bit challenge input (3), and delay paths in the corresponding multiplexer according to each challenge input signal Crossed, or maintained. Thus, it is possible to set different delay paths according to different challenges.

아비터 (20) 는 멀티플렉서 어레이 (10) 의 최종 출력에 연결되어 각 지연 경로의 선후 관계에 따른 응답 (Response, 5) 을 출력함으로써, 각각의 챌린지에 대응하는 응답의 출력이 가능하다. The arbiter 20 is connected to the final output of the multiplexer array 10 and outputs a response (Response 5) according to the posterior relationship of each delay path, thereby enabling the output of the response corresponding to each challenge.

그러나 이와 같은 PUF 장치를 보안 목적으로 사용하기 위해서는 동일 챌린지에 대한 동일 응답을 보장할 수 있는 PUF 의 신뢰도 (Reliability) 를 확보하는 것이 중요하고, 환경 조건 보정을 위한 추가 회로의 도입은 큰 면적 및 전력 소모를 요구하는 문제점이 있었다. However, in order to use such a PUF device for security purposes, it is important to secure the reliability of the PUF that can guarantee the same response to the same challenge, and the introduction of an additional circuit for environmental condition correction There was a problem requiring consumption.

카운터 기반 물리적 복제 방지 함수 장치Counter-based physical copy protection function device

관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF (Physically Unclonable Function) 장치 및 이를 이용한 챌린지-응답 획득 방법은 면적 및 전력의 요구를 최소화하면서 지연 기반 PUF 의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. A counter-based PUF (Physically Unclonable Function) device and a challenge-response acquisition method using the same according to an embodiment of the present invention can improve the reliability of the delay-based PUF while minimizing the area and power requirements.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 장치는, 이를 위해 기존의 지연 기반 PUF 의 끝 부분에 예를 들어 레지스터로 구성된 카운터를 추가하고, 처음 부분으로 되돌아가는 피드백 루프를 형성할 수 있다. 이때, 피드백 루프는 지연 기반 PUF 를 동작시킬 때 피드백 루프를 통과하여 반복되는 루프에서도 각 신호가 진행하는 경로를 일정하게 해주기 위하여 멀티플렉서를 이용해 챌린지에 따라 경로를 유지 또는 변경시켜주는 역할을 하게 할 수 있다. 그리고 카운터 값을 루프를 돌 때마다 증가시켜주기 위하여 인버터를 추가할 수 있다. 최종 응답은 카운터의 최상위 비트를 아비터에 연결하여 두 경로 중 어느 쪽의 신호가 먼저 오는지 비교하여 만들어낼 수 있다. First, a counter-based PUF apparatus according to an embodiment of the present invention may add a counter composed of, for example, a register to the end of an existing delay-based PUF to form a feedback loop to return to the beginning . At this time, the feedback loop can maintain or change the path according to the challenge by using the multiplexer in order to make the path of each signal constant even in the repeated loop passing through the feedback loop when operating the delay-based PUF have. You can add an inverter to increment the counter value each time the loop is turned. The final response can be generated by connecting the most significant bit of the counter to the arbiter to determine which of the two signals is coming first.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 물리적 복제 방지 함수 장치의 구성을 나타내는 블록 회로도이다. 이하, 도 2 를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 장치의 구성을 보다 상세하게 설명한다. 2 is a block circuit diagram showing a configuration of a counter-based physical copy prevention function device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the configuration of the counter-based PUF apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 장치는 하나 이상의 멀티플렉서들 (100-1, 100-2, …, 100-N) 을 연결하여 구성된 멀티플렉서 어레이 (100) 와, 카운터 (200), 피드백 회로 (300) 및 아비터 (400) 를 포함할 수 있다. 2, a counter-based PUF apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a multiplexer array 100 configured by connecting one or more multiplexers 100-1, 100-2, ..., 100-N, A counter 200, a feedback circuit 300, and an arbiter 400.

여기서, 하나 이상의 멀티플렉서들 (100-1, 100-2, …, 100-N) 각각은 적어도 2 이상의 지연 경로에 대응하는 적어도 2 이상의 입력 단자 및 적어도 2 이상의 출력 단자와, 챌린지 (Challenge) 입력 단자를 포함하고, 멀티플렉서들 (100-1, 100-2, …, 100-N) 이 직렬로 연결됨으로써, 최초 입력 단자들 (110-1, 110-2) 과 최종 출력 단자들 (120-1, 120-2) 을 가지는 멀티플렉서 어레이를 구성할 수 있다. Each of the one or more multiplexers 100-1, 100-2, ..., 100-N includes at least two input terminals and at least two output terminals corresponding to at least two delay paths, a Challenge input terminal The first input terminals 110-1 and 110-2 and the final output terminals 120-1 and 120-2 are connected in series by the multiplexers 100-1 to 100- 120-2. ≪ / RTI >

멀티플렉서 어레이 (100) 의 최초 입력 단자들 (110-1, 110-2) 에는 입력 신호 (101) 가 각각 입력되어, 예를 들어 두 개의 상이한 지연 경로의 시작점을 형성하고, 멀티플렉서 어레이 (100) 에 포함된 하나 이상의 멀티플렉서 (100-1, 100-2, …, 100-N) 들 각각은 N 비트의 챌린지 입력 (103) 에 대응하여 각 멀티플렉서에 상응하는 챌린지 입력 신호를 수신하여, 각각의 챌린지 입력 신호에 따라 해당하는 멀티플렉서 내에서의 지연 경로들을 서로 교차시키거나, 또는 유지할 수 있다. 따라서, 상이한 챌린지에 따른 상이한 지연 경로들의 설정이 가능하다. The input signals 101 are respectively input to the initial input terminals 110-1 and 110-2 of the multiplexer array 100 to form the start point of two different delay paths, for example, to the multiplexer array 100 Each of the one or more multiplexers 100-1, 100-2, ..., 100-N included therein receives a challenge input signal corresponding to each multiplexer corresponding to an N-bit challenge input 103, Depending on the signal, the delay paths in the corresponding multiplexer may cross or maintain each other. Thus, it is possible to set different delay paths according to different challenges.

2 이상의 카운터 (200) 는 멀티플렉서 어레이 (100) 의 최종 출력 단자들 (120-1, 120-2) 에 각각 연결되어, 각 지연 경로의 신호들을 수신할 때마다 상기 카운터 (200) 각각의 하위 비트부터 상위 비트의 순서로 카운터 값을 채워나갈 수 있다. 카운터 (200) 의 크기는 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 의 적용 분야에 따라 요구되는 신뢰도의 정도를 기반으로 설정될 수 있다. 보다 높은 신뢰도가 요구되는 경우, 카운터의 값을 크게 설정하여 멀티플렉서 어레이 (100) 에 대한 루프 회수를 증가시킬 수 있고, 비교적 낮은 신뢰도가 요구되는 경우에는 카운터의 값을 작게 설정하여 멀티플렉서 어레이 (100) 에 대한 루프 회수를 감소시킬 수 있다. 한편, 카운터 (200) 는 예를 들어 레지스터 (registor) 로서 구성될 수 있다. The two or more counters 200 are connected to the final output terminals 120-1 and 120-2 of the multiplexer array 100 so that each time they receive the signals of each delay path, From the highest bit to the highest counter. The size of the counter 200 may be set based on the degree of reliability required according to the application field of the counter based PUF according to an embodiment of the present invention. When a relatively high reliability is required, the number of loops for the multiplexer array 100 can be increased by setting the value of the counter to a large value. If a relatively low reliability is required, the value of the counter is set small, Lt; / RTI > can be reduced. On the other hand, the counter 200 may be configured as, for example, a register.

피드백 루프 (300) 는 멀티플렉서 어레이 (100) 의 최종 출력 단자들 (120-1, 120-2) 을 멀티플렉서 어레이 (100) 의 최초 입력 단자들 (110-1, 110-2) 에 각각 연결함으로써 멀티플렉서 어레이 (100) 에 대한 반복 루프를 형성할 수 있고, 카운터 크기에 따라 조절될 수 있는 횟수만큼 멀티플렉서 어레이 (100) 에 의해 구성된 지연 경로들을 반복하여 진행시킬 수 있다. The feedback loop 300 connects the final output terminals 120-1 and 120-2 of the multiplexer array 100 to the initial input terminals 110-1 and 110-2 of the multiplexer array 100, It is possible to form an iterative loop for the array 100 and iteratively progress the delay paths configured by the multiplexer array 100 a number of times that can be adjusted according to the counter size.

한편, 입력될 수 있는 복수의 상이한 챌린지 (103) 의 각각에 대해서, 어떠한 챌린지 (103) 가 입력되는 경우에도 멀티플렉서 어레이 (100) 의 반복 루프가 일정한 지연 경로를 반복하여 거칠 수 있도록 하기 위해서는 멀티플렉서 어레이 (100) 의 최종 출력 단자들 (120-1, 120-2) 과 멀티플렉서 어레이 (100) 의 최초 입력 단자들 (110-1, 110-2) 사이의 연결 관계를 적절히 조절하는 것이 필요하다. 따라서, 피드백 루프 (300) 는, 2 이상의 지연 경로가 피드백 루프 (300) 를 거친 후에도 일정하게 반복될 수 있도록 멀티플렉서 어레이 (100) 의 최종 출력 단자들 (120-1, 120-2) 과 멀티플렉서 어레이 (100) 의 최초 입력 단자들 (110-1, 110-2) 사이의 연결 관계를 조정하는 피드백 멀티플렉서 (310) 를 포함할 수 있다. On the other hand, for each of a plurality of different challenges 103 that may be input, in order for the iterative loop of the multiplexer array 100 to repeat over a certain delay path even when any challenge 103 is input, It is necessary to appropriately adjust the connection relationship between the final output terminals 120-1 and 120-2 of the multiplexer array 100 and the initial input terminals 110-1 and 110-2 of the multiplexer array 100. [ Thus, the feedback loop 300 may be configured such that the final output terminals 120-1, 120-2 of the multiplexer array 100 and the output terminals 120-1, 120-2 of the multiplexer array 100 are coupled to the multiplexer array 100, such that two or more delay paths may be repeated constantly after the feedback loop 300, And a feedback multiplexer 310 that adjusts the connection relationship between the initial input terminals 110-1 and 110-2 of the base station 100. [

예를 들어, 만약 제 1 챌린지 입력이 입력되는 경우에는 최초 입력 단자 (110-1) 로 입력된 신호가 최종 출력 단자 (120-1) 로 출력되고 최초 입력 단자 (110-2) 로 입력된 신호가 최종 출력 단자 (120-2) 로 출력될 수 있는 반면, 제 2 챌린지 입력이 입력되는 경우에는 최초 입력 단자 (110-1) 로 입력된 신호가 최종 출력 단자 (120-2) 로 출력되고 최초 입력 단자 (110-2) 로 입력된 신호가 최종 출력 단자 (120-1) 로 출력될 수 있다. 따라서 제 1 챌린지 입력이 입력되는 경우에 피드백 멀티플렉서 (310) 는 지연 경로를 유지하여 최종 출력 단자 (120-1) 를 최초 입력 단자 (110-1) 에 연결하고 최종 출력 단자 (120-2) 를 최초 입력 단자 (110-2) 에 연결할 수 있다. 또한 제 2 챌린지 입력이 입력되는 경우에 피드백 멀티플렉서 (310) 는 지연 경로를 교차시켜 최종 출력 단자 (120-1) 를 최초 입력 단자 (110-2) 에 연결하고 최종 출력 단자 (120-2) 를 최초 입력 단자 (110-1) 에 연결할 수 있다. For example, if the first challenge input is input, the signal input to the first input terminal 110-1 is output to the final output terminal 120-1 and the signal input to the first input terminal 110-2 A signal input to the first input terminal 110-1 may be output to the final output terminal 120-2 and a signal input to the first input terminal 110-1 may be output to the final output terminal 120-2. A signal input to the input terminal 110-2 can be output to the final output terminal 120-1. Accordingly, when the first challenge input is input, the feedback multiplexer 310 maintains the delay path to connect the final output terminal 120-1 to the first input terminal 110-1 and the final output terminal 120-2 Can be connected to the first input terminal 110-2. Also, when the second challenge input is input, the feedback multiplexer 310 crosses the delay path to connect the final output terminal 120-1 to the first input terminal 110-2 and the final output terminal 120-2 And can be connected to the first input terminal 110-1.

다시 말해, 피드백 멀티플렉서 (310) 는, 챌린지 입력에 따른 멀티플렉서 어레이 (100) 의 최초 입력 단자 - 최종 출력 단자 대응이 변경된다는 결정에 응답하여 피드백 멀티플렉서 (310) 의 입력 - 출력 대응을 변경할 수 있고, 챌린지 입력에 따른 멀티플렉서 어레이 (100) 의 최초 입력 단자 - 최종 출력 단자 대응이 유지된다는 결정에 응답하여 피드백 멀티플렉서 (310) 의 입력 - 출력 대응을 유지할 수 있다. In other words, the feedback multiplexer 310 may change the input-output correspondence of the feedback multiplexer 310 in response to determining that the first input terminal-final output terminal correspondence of the multiplexer array 100 with the challenge input is changed, Output correspondence of the feedback multiplexer 310 in response to the determination that the original input terminal to final output terminal correspondence of the multiplexer array 100 according to the challenge input is maintained.

한편, 피드백 루프 (300) 는, 피드백 루프 (300) 에 따른 루프의 반복에 대응하여 카운터 (200) 의 값을 증가시키기 위해 2 이상의 지연 경로 각각에 대해 인버터 (320) 를 더 포함할 수 있다. 여기서, 인버터 (320) 는 전술한 피드백 멀티플렉서 (310) 에 선행하여 배치될 수 있고, 피드백 멀티플렉서 (310) 에 후행하여 배치될 수도 있다. On the other hand, the feedback loop 300 may further include an inverter 320 for each of the two or more delay paths to increase the value of the counter 200 in response to the iteration of the loop along the feedback loop 300. Here, the inverter 320 may be disposed before the feedback multiplexer 310 described above, and may be disposed after the feedback multiplexer 310. [

다시 도 2 를 참조하면 아비터 (arbiter, 400) 는 2 이상의 카운터 (200) 의 최상위 비트들에 각각 연결되어, 2 이상의 지연 경로에 각각 대응하는 신호의 도착 선후에 따른 상이한 응답 (Response, 105) 을 출력함으로써, 각각의 챌린지에 대응하는 응답의 출력이 가능하다. 카운터 (200) 및 피드백 회로 (300) 에 따라 각 지연 경로들을 반복시킴으로써 적어도 2 이상의 지연 경로들 사이의 차이를 더욱 증폭시킬 수 있고, 동일한 챌린지에 대해 동일한 응답이 출력될 수 있는 신뢰도의 향상이 최소화된 면적과 전력 소비를 기반으로 달성될 수 있다. Referring again to FIG. 2, the arbiter 400 is connected to the most significant bits of the two or more counters 200, and outputs a different response (Response 105) according to the arrival sequence of signals corresponding to two or more delay paths By outputting, it is possible to output a response corresponding to each challenge. By repeating the respective delay paths according to the counter 200 and the feedback circuit 300, the difference between at least two delay paths can be further amplified, and the improvement in reliability in which the same response can be output for the same challenge is minimized Can be achieved based on the area and power consumption.

선별적 Selective 챌린지challenge 사용 use

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 장치는, 신뢰도를 더욱 향상시키기 위하여 실제 PUF 를 사용할 때 안정한 챌린지들을 선별적으로 사용할 수 있다. 이를 위해 예를 들어 두 카운터의 값 중 어느 한 곳의 최상위 비트가 1이 되는 순간 두 카운터의 차를 계산할 수 있다. 계산된 값의 절대값이 크면 클수록 두 경로들 간의 지연 정도의 차이가 크다고 생각할 수 있으므로 이를 안정한 챌린지로 선택할 수 있다. 각 PUF 의 사용처에 따라 요구되는 신뢰도의 수준이 다르므로, 요구 신뢰도 수준에 따라 사용하는 카운터의 크기, 선별하는 챌린지 개수의 정도는 선택적으로 결정할 수 있다.Meanwhile, the counter-based PUF device according to an embodiment of the present invention can selectively use stable challenges when using the actual PUF to further improve reliability. To do this, for example, the difference between the two counters can be calculated at the moment when the most significant bit of any one of the two counters has a value of one. The larger the absolute value of the calculated value, the greater the difference in delay between the two paths. Therefore, the stable challenge can be selected. Since the level of reliability required varies depending on the place of use of each PUF, the size of the counter to be used and the degree of the number of challenges to be selected can be selectively determined according to the required reliability level.

관련하여, 도 3 은 도 2 의 카운터와 관련된 일 실시예의 상세 구성도이다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 장치는, 2 이상의 카운터 (200) 의 최상위 비트 중 어느 하나의 값이 1 이 되는 시점에서 카운터 (200) 의 값들 사이의 차를 계산하기 위한 연산부 (210) 를 더 포함할 수 있다. 연산의 결과, 예를 들어 제 1 챌린지 입력에 따라 카운터 (200) 의 최상위 비트 중 어느 하나의 값이 1이 되는 시점에서의 카운터 (200) 의 값들 사이의 차가 미리 설정한 임계값보다 작은 경우, 제 1 챌린지 입력 및 상기 제 1 챌린지 입력에 따른 응답은 더 이상 챌린지 - 응답 쌍으로서 사용되지 않을 수 있다. 3 is a detailed configuration diagram of one embodiment related to the counter of Fig. 3, the counter-based PUF apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention calculates a difference between the values of the counter 200 at the time when any one of the most significant bits of the two or more counters 200 becomes 1 And an operation unit 210 for calculating a difference. If the difference between the values of the counter 200 at the time when the value of any one of the most significant bits of the counter 200 becomes 1 according to the first challenge input is smaller than a preset threshold value as a result of the calculation, The first challenge input and the response in response to the first challenge input may no longer be used as a challenge-response pair.

반면에, 카운터 기반 PUF 장치는, 제 1 챌린지 입력에 따른 카운터 (200) 의 최상위 비트 중 어느 하나의 값이 1이 되는 시점에서의 카운터 (200) 의 값들 사이의 차가 미리 설정한 임계값보다 큰 경우에는 상기 제 1 챌린지 입력을 안정한 챌린지 입력 리스트로서 저장하는 챌린지 메모리 (220) 를 더 포함할 수 있다. On the other hand, when the difference between the values of the counter 200 at the time when the value of any one of the most significant bits of the counter 200 according to the first challenge input becomes 1 is larger than a preset threshold value The challenge memory 220 may store the first challenge input as a stable challenge input list.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상술한 연산부 (210) 및 챌린지 메모리 (220) 는 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 장치의 외부에 존재할 수도 있다. 즉, 카운터 기반 PUF 장치의 사용 용도에 따라, 상기 연산부 (210) 및 챌린지 메모리 (220) 는 상기 카운터 기반 PUF 장치와 분리된 별도의 엔티티 (예를 들어, 서버) 에 포함됨으로써, 상기 카운터 기반 PUF 장치와의 연결을 통해 상기 카운터 기반 PUF 장치에 포함된 카운터 (200) 의 비트에 대한 연산을 수행하고, 그 결과에 따른 안정한 챌린지 입력 리스트를 저장할 수도 있다. According to another embodiment of the present invention, the computing unit 210 and the challenge memory 220 described above may exist outside the counter-based PUF apparatus according to an embodiment of the present invention. That is, the operation unit 210 and the challenge memory 220 are included in a separate entity (for example, a server) separate from the counter-based PUF device according to the usage of the counter-based PUF device, It may perform operations on the bits of the counter 200 included in the counter based PUF device through connection with the device and store a stable challenge input list corresponding to the result.

일 측면에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 장치를 실제 활용하기에 앞서 복수의 상이한 챌린지들을 입력함으로써 안정한 챌린지 입력 리스트를 생성하고, 챌린지 메모리 (200) 의 챌린지 입력 리스트에 저장된 챌린지들만을 실질적인 보안 목적의 PUF 장치의 사용에 이용할 수 있다. According to an aspect, a challenge input list is generated by inputting a plurality of different challenges prior to actual utilization of the counter-based PUF device according to an embodiment of the present invention, and a challenge stored in the challenge input list of the challenge memory 200 Can be used for the use of PUF devices for practical security purposes.

한편, 앞서 살핀 바와 같이 안정한 챌린지로의 판단을 위한 미리 설정한 임계값은 PUF 의 사용처에 따라 요구되는 신뢰도의 수준을 기반으로 결정될 수 있다. On the other hand, as previously discussed, the predetermined threshold value for the determination as a stable challenge can be determined based on the level of reliability required depending on the usage of the PUF.

카운터 기반 Counter based PUFPUF 를 이용한  Using 챌린지challenge -응답 획득 방법- How to get response

한편, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법의 흐름도이고, 도 5 는 도 4 의 응답 출력 단계의 상세 흐름도이다. 이하, 도 4 및 도 5 를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법을 보다 구체적으로 설명한다. Meanwhile, FIG. 4 is a flowchart of a challenge-response acquisition method using a counter-based PUF according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a detailed flowchart of the response output step of FIG. Hereinafter, a method for obtaining a challenge-response using a counter-based PUF according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.

도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF (Physically Unclonable Function) 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법은, 먼저 하나 이상의 멀티플렉서들을 연결하여 구성된 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자들에서 입력 신호를 수신하고, 각각의 챌린지 입력 단자들에서 챌린지 입력에 대응하는 신호를 수신할 수 있다 (단계 410). 여기서, 멀티플렉서는 적어도 2 이상의 지연 경로에 대응하는 적어도 2 이상의 입력 단자 및 적어도 2 이상의 출력 단자와, 챌린지 (Challenge) 입력 단자를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4, a challenge-response acquisition method using a counter based PUF (Physically Unclonable Function) according to an exemplary embodiment of the present invention includes firstly inputting at first input terminals of a multiplexer array constructed by connecting one or more multiplexers, Signal, and may receive a signal corresponding to the challenge input at each of the challenge input terminals (step 410). Here, the multiplexer may include at least two input terminals and at least two output terminals corresponding to at least two delay paths, and a challenge input terminal.

이후, 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들에 각각 연결된 2 이상의 카운터에서 최종 출력 단자로부터의 신호를 수신하고, 멀티플렉서 어레이의 최종 출력 단자들의 신호를 피드백 루프를 통해 멀티플렉서 어레이의 최초 입력 단자들에서 각각 수신하도록 할 수 있다 (단계 420).Thereafter, a signal from the final output terminal is received at two or more counters connected to the final output terminals of the multiplexer array, and the signals at the final output terminals of the multiplexer array are received at the initial input terminals of the multiplexer array via the feedback loop, respectively (Step 420).

또한, 2 이상의 카운터의 최상위 비트들에 각각 연결된 아비터 (arbiter) 에서, 2 이상의 지연 경로에 각각 대응하는 신호의 도착 선후에 따른 상이한 응답 (Response) 을 출력할 수 있다 (단계 430). Further, in the arbiter connected to the most significant bits of the two or more counters, it is possible to output a different response according to the arrival sequence of the signal corresponding to each of the two or more delay paths (step 430).

한편, 도 5 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법에 있어서, 상기 상이한 응답을 출력하는 단계 (단계430) 는, 2 이상의 카운터의 최상위 비트 중 어느 하나의 값이 1 이 되는 시점에서 상기 카운터의 값들 사이의 차를 계산하는 단계 (단계 431) 를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법은 제 1 챌린지 입력에 따른 카운터의 값들 사이의 차가 미리 설정한 임계값보다 큰 경우, 상기 제 1 챌린지 입력을 챌린지 메모리 내의 안정한 챌린지 입력 리스트에 저장하는 단계 (단계 433) 를 더 포함할 수 있다. 5, in the challenge-response obtaining method using the counter-based PUF according to an exemplary embodiment of the present invention, the step of outputting the different response (step 430) And calculating a difference between the values of the counter at a time when one value becomes 1 (step 431). In addition, the challenge-response acquisition method using the counter-based PUF according to an embodiment of the present invention is characterized in that when the difference between the values of the counter according to the first challenge input is greater than a predetermined threshold value, the first challenge input is transmitted to the challenge memory (Step 433) in a stable challenge input list in the network.

본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법의 보다 구체적인 동작 또는 이에 사용되는 카운터 기반 PUF 의 구체적인 구성은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 카운터 기반 PUF 의 동작 및 구성을 따를 수 있다. The more specific operation of the challenge-response acquisition method using the counter-based PUF according to the embodiment of the present invention or the specific configuration of the counter-based PUF used therefor is the same as the operation and configuration of the counter based PUF according to the above- .

상술한 본 발명에 따른 카운터 기반 PUF 의 제어 알고리즘 또는 카운터 기반 PUF 를 이용하여 챌린지-응답을 획득하기 위한 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.The method for obtaining the challenge-response using the counter-based PUF control algorithm or the counter based PUF according to the present invention described above can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording media storing data that can be decoded by a computer system. For example, there may be a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a magnetic tape, a magnetic disk, a flash memory, an optical data storage device and the like. The computer-readable recording medium may also be distributed and executed in a computer system connected to a computer network and stored and executed as a code that can be read in a distributed manner.

이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 앞서 설명한 기본적인 지연 기반 PUF 이외에 지연 기반 PUF 의 성능을 향상시키기 위한 모든 방법에 대해 확장 적용할 수 있다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. For example, the present invention can be extended to all of the methods for improving the performance of the delay-based PUF in addition to the basic delay-based PUF described above.

101 : 입력 신호
103 : 챌린지 (Challenge) 입력 신호
105 : 응답 (Response) 신호
100 : 멀티플렉서 어레이
110 : 최초 입력 단자
120 : 최종 출력 단자
200 : 카운터
300 : 피드백 루프
310 : 피드백 멀티플렉서
320 : 인버터
400 : 아비터
101: input signal
103: Challenge input signal
105: Response signal
100: multiplexer array
110: First input terminal
120: Final output terminal
200: Counter
300: feedback loop
310: Feedback Multiplexer
320: Inverter
400: the arbiter

Claims (20)

적어도 2 이상의 지연 경로에 대응하는 적어도 2 이상의 입력 단자 및 적어도 2 이상의 출력 단자와, 챌린지 (Challenge) 입력 단자를 포함하는 지연 경로 엘리먼트;
상기 지연 경로 엘리먼트의 출력 단자들에 각각 연결된 2 이상의 카운터;
상기 지연 경로 엘리먼트의 출력 단자들을 상기 지연 경로 엘리먼트의 입력 단자들에 각각 연결하는 피드백 루프;
상기 2 이상의 카운터의 최상위 비트들에 각각 연결되어, 상기 2 이상의 지연 경로에 각각 대응하는 신호의 도착 선후에 따른 상이한 응답 (Response) 을 출력하는 아비터 (arbiter); 및
상기 2 이상의 카운터의 최상위 비트 중 어느 하나의 값이 1 이 되는 시점에서 상기 카운터의 값들 사이의 차를 계산하기 위한 연산부를 포함하는, 카운터 기반 PUF (Physically Unclonable Function) 장치.
A delay path element including at least two input terminals and at least two output terminals corresponding to at least two delay paths, and a challenge input terminal;
Two or more counters respectively connected to the output terminals of the delay path element;
A feedback loop connecting the output terminals of the delay path element to the input terminals of the delay path element, respectively;
An arbiter connected to each of the most significant bits of the two or more counters to output a different response depending on a destination of a signal corresponding to each of the two or more delay paths; And
And a calculator for calculating a difference between values of the counter at a time when the value of any one of the most significant bits of the two or more counters becomes 1. The Counter based PUF (Physically Unclonable Function)
제 1 항에 있어서,
상기 피드백 루프는, 상기 2 이상의 지연 경로가 상기 피드백 루프를 거친 후에도 일정하게 반복될 수 있도록 상기 지연 경로 엘리먼트의 출력 단자들과 상기 지연 경로 엘리먼트의 입력 단자들 사이의 연결 관계를 조정하는 피드백 멀티플렉서를 포함하는, 카운터 기반 PUF 장치.
The method according to claim 1,
The feedback loop includes a feedback multiplexer that adjusts the connection relationship between the output terminals of the delay path element and the input terminals of the delay path element such that the two or more delay paths can be repeated constantly after passing through the feedback loop Container-based, PUF device.
제 2 항에 있어서,
상기 피드백 멀티플렉서는, 챌린지 입력에 따른 상기 지연 경로 엘리먼트의 입력 단자 - 출력 단자 대응이 변경된다는 결정에 응답하여 상기 피드백 멀티플렉서의 입력 - 출력 대응을 변경하는, 카운터 기반 PUF 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the feedback multiplexer changes an input-output correspondence of the feedback multiplexer in response to a determination that an input terminal-output terminal correspondence of the delay path element with respect to a challenge input is changed.
제 2 항에 있어서,
상기 피드백 멀티플렉서는, 챌린지 입력에 따른 상기 지연 경로 엘리먼트의 입력 단자 - 출력 단자 대응이 유지된다는 결정에 응답하여 상기 피드백 멀티플렉서의 입력 - 출력 대응을 유지하는, 카운터 기반 PUF 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the feedback multiplexer maintains the input-output correspondence of the feedback multiplexer in response to a determination that the input terminal-output terminal correspondence of the delay path element along with the challenge input is maintained.
제 1 항에 있어서,
상기 피드백 루프는, 상기 피드백 루프에 따른 루프의 반복에 대응하여 상기 카운터의 값을 증가시키기 위해 상기 2 이상의 지연 경로 각각에 대해 인버터를 더 포함하는, 카운터 기반 PUF 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the feedback loop further comprises an inverter for each of the at least two delay paths to increase the value of the counter in response to a loop iteration according to the feedback loop.
제 1 항에 있어서,
상기 카운터는 레지스터 (registor) 로 구성되는, 카운터 기반 PUF 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the counter is comprised of a register.
제 1 항에 있어서,
상기 아비터는 플립 플롭 (flip-flop) 으로 구성되는, 카운터 기반 PUF 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the arbiter is configured as a flip-flop.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
제 1 챌린지 입력에 따른 상기 카운터의 값들 사이의 차가 미리 설정한 임계값보다 작은 경우, 상기 제 1 챌린지 입력 및 상기 제 1 챌린지 입력에 따른 응답은 더 이상 챌린지 - 응답 쌍으로서 사용되지 않는, 카운터 기반 PUF 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the response based on the first challenge input and the first challenge input is no longer used as a challenge-response pair if the difference between the values of the counter according to the first challenge input is less than a predetermined threshold, PUF device.
제 1 항에 있어서,
제 1 챌린지 입력에 따른 상기 카운터의 값들 사이의 차가 미리 설정한 임계값보다 큰 경우, 상기 제 1 챌린지 입력을 안정한 챌린지 입력 리스트에 저장하는 챌린지 메모리를 더 포함하는, 카운터 기반 PUF 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a challenge memory to store the first challenge input in a stable challenge list if the difference between the values of the counter according to the first challenge input is greater than a predetermined threshold.
제 10 항에 있어서,
상기 카운터 기반 PUF 장치는 서버와 연결되고,
상기 연산부 및 상기 챌린지 메모리는 상기 서버에 포함되는, 카운터 기반 PUF 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the counter based PUF device is connected to a server,
Wherein the operation unit and the challenge memory are included in the server.
적어도 2 이상의 지연 경로에 대응하는 적어도 2 이상의 입력 단자 및 적어도 2 이상의 출력 단자와, 챌린지 (Challenge) 입력 단자를 포함하는 지연 경로 엘리먼트의 입력 단자들에서 입력 신호를 수신하고, 챌린지 입력 단자에서 챌린지 입력에 대응하는 신호를 수신하는 단계;
상기 지연 경로 엘리먼트의 출력 단자들에 각각 연결된 2 이상의 카운터에서 상기 출력 단자로부터의 신호를 수신하고, 상기 지연 경로 엘리먼트의 출력 단자들의 신호를 피드백 루프를 통해 상기 지연 경로 엘리먼트의 입력 단자들에서 각각 수신하는 단계; 및
상기 2 이상의 카운터의 최상위 비트들에 각각 연결된 아비터 (arbiter) 에서, 상기 2 이상의 지연 경로에 각각 대응하는 신호의 도착 선후에 따른 상이한 응답 (Response) 을 출력하는 단계를 포함하고,
상기 상이한 응답을 출력하는 단계는, 상기 2 이상의 카운터의 최상위 비트 중 어느 하나의 값이 1 이 되는 시점에서 상기 카운터의 값들 사이의 차를 계산하는 단계를 포함하는, 카운터 기반 PUF (Physically Unclonable Function) 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법.
At least two input terminals and at least two output terminals corresponding to at least two delay paths and an input terminal of a delay path element including a challenge input terminal and receiving a challenge input at a challenge input terminal, ≪ / RTI >
Receiving a signal from the output terminal at two or more counters connected to the output terminals of the delay path element respectively and for receiving signals of the output terminals of the delay path element through input terminals of the delay path element via a feedback loop ; And
Outputting a different response according to an arrival sequence of a signal corresponding to each of the two or more delay paths in an arbiter connected to the most significant bits of the two or more counters,
Wherein outputting the different response comprises calculating a difference between values of the counter at a time when the value of any one of the most significant bits of the two or more counters becomes 1. The counter based PUF (Physically Unclonable Function) ≪ / RTI >
제 12 항에 있어서,
상기 피드백 루프는, 상기 2 이상의 지연 경로가 상기 피드백 루프를 거친 후에도 일정하게 반복될 수 있도록 상기 지연 경로 엘리먼트의 출력 단자들과 상기 지연 경로 엘리먼트의 입력 단자들 사이의 연결 관계를 조정하는 피드백 멀티플렉서를 포함하는, 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법.
13. The method of claim 12,
The feedback loop includes a feedback multiplexer that adjusts the connection relationship between the output terminals of the delay path element and the input terminals of the delay path element such that the two or more delay paths can be repeated constantly after passing through the feedback loop Based PUF, the method comprising:
제 13 항에 있어서,
상기 피드백 멀티플렉서는, 챌린지 입력에 따른 상기 지연 경로 엘리먼트의 입력 단자 - 출력 단자 대응이 변경된다는 결정에 응답하여 상기 피드백 멀티플렉서의 입력 - 출력 대응을 변경하는, 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the feedback multiplexer changes an input-output correspondence of the feedback multiplexer in response to a determination that an input terminal-output terminal correspondence of the delay path element with respect to a challenge input is changed.
제 13 항에 있어서,
상기 피드백 멀티플렉서는, 챌린지 입력에 따른 상기 지연 경로 엘리먼트의 입력 단자 - 출력 단자 대응이 유지된다는 결정에 응답하여 상기 피드백 멀티플렉서의 입력 - 출력 대응을 유지하는, 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the feedback multiplexer maintains the input-output correspondence of the feedback multiplexer in response to a determination that the input terminal-output terminal correspondence of the delay path element along with the challenge input is maintained.
제 12 항에 있어서,
상기 피드백 루프는, 상기 피드백 루프에 따른 루프의 반복에 대응하여 상기 카운터의 값을 증가시키기 위해 상기 2 이상의 지연 경로 각각에 대해 인버터를 더 포함하는, 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the feedback loop further comprises an inverter for each of the at least two delay paths to increase the value of the counter in response to a loop iteration in accordance with the feedback loop.
제 12 항에 있어서,
상기 카운터는 레지스터 (registor) 로 구성되는, 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the counter is comprised of a register.
제 12 항에 있어서,
상기 아비터는 플립 플롭 (flip-flop) 으로 구성되는, 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the arbiter is configured as a flip-flop.
삭제delete 제 12 항에 있어서,
제 1 챌린지 입력에 따른 상기 카운터의 값들 사이의 차가 미리 설정한 임계값보다 큰 경우, 상기 제 1 챌린지 입력을 챌린지 메모리 내의 안정한 챌린지 입력 리스트에 저장하는 단계를 더 포함하는, 카운터 기반 PUF 를 이용한 챌린지-응답 획득 방법.
13. The method of claim 12,
Further comprising storing the first challenge input in a stable challenge input list in the challenge memory if the difference between the values of the counter according to the first challenge input is greater than a predetermined threshold value. - Response acquisition method.
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