CN107483180A - 一种高稳定性物理不可克隆函数电路及其响应产生方法 - Google Patents

一种高稳定性物理不可克隆函数电路及其响应产生方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高稳定性物理不可克隆函数电路及其响应产生方法，其中物理不可克隆函数电路包括第一n选2数据选择器、第二n选2数据选择器、第一计数器、第二计数器、比较器、n个环形振荡器、第一加法器、第二加法器、存储器和非门，第一计数器的输出端与第一加法器相连，第二计数器的输出端与第二加法器相连，存储器通过非门与第一加法器的使能端相连，存储器与第二加法器的使能端相连，第一加法器和第二加法器的输入端均与存储器相连，第一n选2数据选择器和第二n选2数据选择器的选择输入端均与存储器相连。本发明通过偏离环形振荡器的频率使两环形振荡器的频率差大于给定阈值，稳定性高，硬件开销低、安全性高。

Description

一种高稳定性物理不可克隆函数电路及其响应产生方法
技术领域
本发明属于物理不可克隆函数技术领域，特别涉及一种高稳定性物理不可克隆函数电路及其响应产生方法。
背景技术
随着电子设备的普遍使用，大量敏感信息由集成电路(Integrated Circuit，IC)处理。例如，RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)普遍用作出入大楼的钥匙卡或进行金融交易的智能卡。因此，以廉价且高安全的方式执行诸如设备的认证，敏感信息的保护和安全通信等操作对于IC来说至关重要。要安全执行这些操作，最关键的是保护密钥的安全。
传统的手段是将密钥存放在熔丝和EEPROM之类的非易失性安全存储器中，进行诸如数字签名、认证设备和机密信息保护之类的操作。遗憾的是，非易失性存储器易受物理攻击。为了保护存储密钥的安全，研究人员提出了大量对策抵御各种物理攻击。然而，攻击者仍可能通过扫描电子显微镜的电子束读写传统非易失性存储器中的密钥位。此外，对于RFID等资源极其受限的平台，即使简单的加密操作也会产生高昂的开销。
物理不可克隆功能(Physical Unclonable Function，PUF)是一种新的硬件安全原语，其利用集成电路在制造过程的差异(制程差异，Process Variation)产生高安全性的易失性密钥，可用于设备授权和密钥生成等重要安全领域。而物理篡改设备会导致纳米级结构紊乱，从而破坏PUF产生的密钥。因此，PUF具有天然的物理抗篡改特性。此外，PUF只在芯片通电和运行时才产生数字密钥，这要求攻击者在IC运行、使用密钥时进行攻击，因此显著地增强了密钥的物理安全性。
在过去十多年中，研究人员提出了大量PUF结构，例如环形振荡器(RingOscillator，RO)PUF、仲裁器(Arbiter)PUF，内存PUF等。RO PUF是硅PUF的典型代表之一，通过放大由制程差异引起的环形振荡器之间的延迟差来产生不可克隆的输出。
稳定性用于度量不同环境中PUF响应的稳定性。在大量重复实验中，相同激励下由PUF产生的任何两个响应之间的差异应该尽可能小。RO PUF易受环境因素(比如温度)的影响，产生不稳定的响应，从而限制其在密钥生产等领域的应用。
为了提高RO PUF的稳定性，Suh和Devadas提出了1-out-of-8方法，即通过简单地选择8个RO中最快的和最慢的，来保障PUF产生稳定的输出，从而抵抗环境因素的影响。由于该方法只能从8个RO中获得一个比特的响应，这意味着1-out-of-8方法中RO的利用率仅为25％。因此，1-out-of-8方法会产生高昂的硬件开销。为了减少硬件开销，Yin和Qu提出了温度感知协作(TAC)方法，其中所有RO对被分为三类：
1)(可靠对)可以产生可靠比特的RO对。
2)(贡献对)可以生成不可靠比特，但经过处理可以使用的RO对。
3)(丢弃对)产生的比特完全不可靠只能丢弃的对。
TAC方法通过两个贡献对之间的协作将不稳定的比特转化为稳定的比特，以提高RO PUF的稳定性。由于该方法丢弃所有不可用的RO对，甚至一些贡献对，因此该方法会产生较高的硬件开销。
最近，通过在反相器级灵活构建RO PUF来构造可配置RO PUF，可有效提高RO PUF的稳定性并减少硬件开销。然而，由于在RO中添加了大量的多路复用器，会产生较高的硬件开销。
温度将影响RO的频率，使PUF响应不稳定。温度每增加15℃将导致大约10％-15％的延迟增加。频率和温度具有近似线性关系。如图1所示，RO(s1，s2和s3)的频率随着温度的升高而减小。
假设有两个RO，该两个RO表示为ROA和ROB。ROA的频率为FA，ROB的频率为FB。由于环境温度的变化，两个RO可能产生不稳定的响应。在图2中，两条曲线分别表示ROA和ROB的频率-温度关系。
如图2a)所示，如果温度低于交叉点的值，则ROA的频率大于ROB的频率，响应为1；如果温度高于交叉点的值，则ROA的频率小于ROB的频率，响应变成0。这种现象会使得RO PUF在一定的温度区间内产生不稳定的响应。如果ROA和ROB的频率-温度关系如图2b)所示，则ROPUF将产生稳定的响应。
可见，为了获得稳定的PUF响应，如果存在图2a)所示的交叉RO对，则温度必须严格地高于交叉点或低于交叉点。然而，获得每个RO对的极端温度并不容易。如果所有RO对的频率-温度关系与图2b)类似，则PUF响应始终是稳定的，但两条曲线之间的间隙可能非常接近。通常测量不同温度下RO频率的间隙是很难的。因此，我们必须使得RO之间保持足够大的间隙，以容忍环境的变化。这个间隙我们称为阈值，用FTH表示。考虑一对环形振荡器ROA和ROB，并假定它们的频率分别为FA和FB。那么FA-FB≥FTH＝Frefα，其中Fref是参考RO的频率，α为稳定性阈值因子。
基于此，本发明提出一种基于频率偏离的RO PUF结构，通过偏离环形振荡器的频率使频率差大于给定阈值，从而大大提高响应的稳定性，以平衡RO PUF的稳定性和硬件开销。
频率偏离的核心思想是将所有具有频率交叉的RO对转换为分离的，使得PUF以低开销(100％的RO利用率)获得高稳定性。有如下三种方式可以将交叉RO对转换为分离的RO对：
1)将ROA的频率-温度关系曲线向上移动一定距离。
2)将ROB的频率-温度关系曲线向下移动一定距离。
3)将ROA的频率-温度关系曲线向上移动一定距离，同时将ROB的频率-温度关系曲线向下移动一定距离。
在本申请中，我们选择第一种方法或第三种方法来提高RO PUF的稳定性。
发明内容
RO PUF易受环境因素(比如温度)的影响，产生不稳定的响应，从而限制其在密钥生产等领域的应用，而使用诸如1-out-of-8等传统的稳定性增强技术时，则会产生高昂的硬件开销。本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种基于频率偏离的高稳定性物理不可克隆函数电路及其响应产生方法，通过偏离环形振荡器的频率使两环形振荡器的频率差大于给定阈值，从而大大提高响应的稳定性，降低硬件开销。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高稳定性物理不可克隆函数电路，包括第一n选2数据选择器、第二n选2数据选择器、第一计数器、第二计数器、比较器和n个环形振荡器；环形振荡器的输入端与外围使能输入信号相连，n个环形振荡器的输出端与第一n选2数据选择器的输入端相连，n个环形振荡器的输出端与第二n选2数据选择器的输入端相连，第一n选2数据选择器的输出端与第一计数器的时钟输入端相连，第二n选2数据选择器的输出端与第二计数器的时钟输入端相连，其结构特点是还包括第一加法器、第二加法器、存储器和非门，第一计数器的输出端与第一加法器的第一输入端相连，第二计数器的输出端与第二加法器的第一输入端相连，存储器的第一输出端通过非门与第一加法器的使能端相连，存储器的第一输出端与第二加法器的使能端相连，第一加法器和第二加法器的输出端均与比较器相连，比较器的输出端为所述物理不可克隆函数电路的输出端；第一加法器的第二输入端与第二加法器的第二输入端均与存储器的第二输出端相连，第一n选2数据选择器的选择输入端和第二n选2数据选择器的选择输入端均与存储器的第三输出端相连；其中，存储器用于存储一一对应的激励信号序列、偏离值序列和偏离方向序列；同时，存储器用于将激励信号序列输送至第一n选2数据选择器的选择输入端和第二n选2数据选择器的选择输入端，存储器用于将偏离值序列和偏离方向序列输送至第一加法器和第二加法器；第一加法器和第二加法器使环形振荡器的频率-温度关系曲线相互分离。
借由上述结构，通过将两个环形振荡器的频率-温度关系曲线相互分离，使得成对的环形振荡器之间的频率差大于所给阈值，从而产生稳定的响应。经过频率偏离后，每一对环形振荡器都可以产生可靠的比特对，因而环形振荡器利用率高，硬件开销低。
进一步地，还包括异或门和缓存器，比较器的输出端与缓存器的输入端相连，缓存器的输出端与异或门的第一输入端相连，存储器的第一输出端与异或门的第二输入端相连，异或门的输出端通过非门与第一加法器的使能端相连，异或门的输出端与第二加法器的使能端相连。
借由上述结构，偏离值不需要加密储存在存储器中，不能泄漏的秘密信息为偏离方向值。为了保证信息安全，对偏离方向值进行异或加密存储在存储器中，安全系数高。
作为一种优选方式，激励信号序列中的各激励信号均为任选两个环形振荡器ROA和ROB进行比较的信号，在工作温度范围内，ROA在最低温度下的频率大于ROB在最低温度下的频率；各激励信号对应的偏离值为(FBH-FAH)+FTH，各激励信号对应的偏离方向为ROA向上偏离或ROB向下偏离；其中FAH是最高工作温度下ROA的频率，FBH是最高工作温度下ROB的频率，FTH是ROA和ROB之间的频率阈值。
作为一种优选方式，所述存储器为非易失性存储器。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用所述的高稳定性物理不可克隆函数电路产生响应的响应产生方法，包括如下步骤：
步骤一，利用存储器中的激励信号序列控制第一n选2数据选择器输出一个环形振荡器的振荡信号，第一n选2数据选择器输出的振荡信号经过第一计数器后输出振荡频率fx；利用存储器中的激励信号序列控制第二n选2数据选择器输出另一个环形振荡器的振荡信号，第二n选2数据选择器输出的振荡信号经过第二计数器后输出振荡频率fy；
步骤二，将fx输送到第一加法器、将fy输送到第二加法器；
步骤三，将存储器中的偏离值序列送至第一加法器和第二加法器；
步骤四，利用存储器中的偏离方向序列选择控制第一加法器或第二加法器工作，第一加法器输出频率Fx、第二加法器输出频率Fy；
步骤五，比较器对Fx和Fy进行比较，并输出比较结果；若Fx＞Fy，输出响应结果为1；若Fx＜Fy，输出响应结果为0。
进一步地，在步骤四中，比较器的输出值通过缓存器输入至异或门，存储器中的当前偏离方向信号与异或门接收的比较器前次输出值在异或门中经过异或运算后，由异或门的输出值选择控制第一加法器或第二加法器工作。
与现有技术相比，本发明提供一种基于频率偏离的高稳定性物理不可克隆函数电路及其响应产生方法，通过偏离环形振荡器的频率使两环形振荡器的频率差大于给定阈值，从而大大提高响应的稳定性，降低硬件开销；同时安全性高。
附图说明
图1为温度和RO频率之间的关系图。
图2为RO PUF的两种频率-温度线性关系图，其中图2a)中两个RO频率交叉，图2b)中两个RO频率分离。
图3为本发明物理不可克隆函数电路结构示意图。
其中，1为第一n选2数据选择器，2为第二n选2数据选择器，3为第一计数器，4为第二计数器，5为比较器，6为环形振荡器，7为第一加法器，8为第二加法器，9为存储器，10为非门，11为异或门，12为缓存器。
具体实施方式
如图3所示，本发明高稳定性不可克隆函数一实施例包括第一n选2数据选择器1、第二n选2数据选择器2、第一计数器3、第二计数器4、比较器5和n个环形振荡器6；环形振荡器6的输入端与外围使能输入信号相连，n个环形振荡器6的输出端与第一n选2数据选择器1的输入端相连，n个环形振荡器6的输出端与第二n选2数据选择器2的输入端相连，第一n选2数据选择器1的输出端与第一计数器3的时钟输入端相连，第二n选2数据选择器2的输出端与第二计数器4的时钟输入端相连，还包括第一加法器7、第二加法器8、存储器9、非门10、异或门11和缓存器12，第一计数器3的输出端与第一加法器7的第一输入端相连，第二计数器4的输出端与第二加法器8的第一输入端相连，第一加法器7和第二加法器8的输出端均与比较器5相连，比较器5的输出端为所述物理不可克隆函数电路的输出端。
第一加法器7的第二输入端与第二加法器8的第二输入端均与存储器9的第二输出端相连。第一n选2数据选择器1的选择输入端和第二n选2数据选择器2的选择输入端均与存储器9的第三输出端相连。
存储器9用于存储一一对应的激励信号序列、偏离值序列和偏离方向序列；同时，存储器9用于将激励信号序列输送至第一n选2数据选择器1的选择输入端和第二n选2数据选择器2的选择输入端，存储器9用于将偏离值序列和偏离方向序列输送至第一加法器7和第二加法器8；在正常温度范围中，第一加法器7和第二加法器8使环形振荡器6的频率-温度关系曲线相互分离。
比较器5的输出端与缓存器12的输入端相连，缓存器12的输出端与异或门11的第一输入端相连，存储器9的第一输出端与异或门11的第二输入端相连。
异或门11的输出端通过非门10与第一加法器7的使能端相连，异或门11的输出端与第二加法器8的使能端相连。
激励信号序列中的各激励信号均为任选两个环形振荡器6ROA和ROB进行比较的信号，在工作温度范围内，ROA在最低温度下的频率大于ROB在最低温度下的频率；各激励信号对应的偏离值为(FBH-FAH)+FTH，各激励信号对应的偏离方向为ROA向上偏离或ROB向下偏离；其中FAH是最高工作温度下ROA的频率，FBH是最高工作温度下ROB的频率，FTH是ROA和ROB之间的频率阈值。
所述存储器9为非易失性存储器9。
利用所述的高稳定性物理不可克隆函数电路产生响应的响应产生方法，包括如下步骤：
步骤一，利用存储器9中的激励信号序列控制第一n选2数据选择器1输出一个环形振荡器6的振荡信号，第一n选2数据选择器1输出的振荡信号经过第一计数器3后输出振荡频率fx；利用存储器9中的激励信号序列控制第二n选2数据选择器2输出另一个环形振荡器6的振荡信号，第二n选2数据选择器2输出的振荡信号经过第二计数器4后输出振荡频率fy；
步骤二，将fx输送到第一加法器7、将fy输送到第二加法器8；
步骤三，将存储器9中的偏离值序列送至第一加法器7和第二加法器8；
步骤四，比较器5的输出值通过缓存器12输入至异或门11，存储器9中的当前偏离方向信号与异或门11接收的比较器5前次输出值在异或门11中经过异或运算后，由异或门11的输出值选择控制第一加法器7或第二加法器8工作，第一加法器7输出频率Fx、第二加法器8输出频率Fy；
步骤五，比较器5对Fx和Fy进行比较，并输出比较结果；若Fx＞Fy，输出响应结果为1；若Fx＜Fy，输出响应结果为0。
假设有两个RO，该两个RO表示为ROA和ROB。ROA的频率为FA，ROB的频率为FB。由于环境温度的变化，两个RO可能产生不稳定的响应。在我们提出的频率偏离方法中，我们将ROA的频率偏离到
FB+FOFFSET，使得ROA和ROB之间的频率差将大于阈值FOFFSET，从而大大提高PUF的稳定性。
将ROA的频率-温度关系曲线向上移动一定距离或者将ROB的频率-温度关系曲线向下移动一定距离都可以将两个环形振荡器6的频率-温度关系曲线从交叉状态转换到分离状态，并且最后两个频率之间的差异将大于正常温度范围中的阈值FTH。详细描述如下：
FAH和FBH分别是最高温度(正常温度范围内)下的ROA和ROB频率。为了将交叉曲线变换为分离曲线，我们可以将ROA的频率-温度关系曲线向上移动(FBH-FAH)+FTH或将ROB的频率-温度关系曲线向下移动(FBH-FAH)+FTH。
如果我们选择向上移动ROA的频率-温度关系曲线，则频率如下：
ROA：FA+(FBH-FAH)+FTH＝FBH+(FA-FAH)+FTH
ROB：FB
差值：(FA-FB)-(FAH-FBH)+FTH
从图2b)中可以看出，(FA-FB)大于(FAH-FBH)的值，因此该差值将大于FTH。
如果我们选择向下移动ROB的频率-温度关系曲线，则频率如下：
ROA：FA
ROB：FB-((FBH-FAH)+FTH)＝(FB-FBH)+FAH-FTH
差值：(FA-FB)-(FAH-FBH)+FTH
该差值也将大于FTH。
为了获得高稳定性，需要选取合适的阈值FTH。
当频率差大于FTH时，RO对(即ROA和ROB)会产生稳定的响应。然而，随着FTH增加，不可靠RO对的数量也将增加。对于不可靠的RO对，我们将选择其中一个RO来执行频率偏离。
如下表1所示(表一仅供举例)，第一列是选择两个RO进行比较的激励，第二列表示偏离值，第三列是偏离方向。例如，当一个激励C1选用一对RO(ROA和ROB)，其中ROA被选择用于偏离，ROA的频率将被向上偏离“偏离值1”。最后，这个RO对将产生稳定的响应。PUF激励、偏离值和偏离方向存储在非易失片上的存储器9中。每次芯片启动时，它都会自动读取偏离值和偏离方向，用于频率补偿。
激励信号序列 偏离值序列 偏离方向序列
C1 — —
C2 偏离值2 向下
C3 偏离值3 向上
C4 偏离值4 向上
C5 偏离值5 向下
… … …
表1
RO PUF基于RO之间的延迟差来生成随机比特。RO是由三个非门或更多奇数个非门输出端和输入端首尾相接以特定频率震荡的简单电路。该频率取决于每个非门和导线的延迟且难以预测，但可以由计数器获得。RO PUF通过比较由多路选择器选择的一对环形振荡器6的频率来产生输出逻辑0或逻辑1。使用不同的选择(激励)可产生更多的位。N个振荡器可以产生N*log(N)位信息熵。
在图3中，RO频率通过两个加法器来进行偏离。图3中所有环形振荡器6必须相同，以确保它们之间的频率差异仅由随机的制造工艺差异引起。RO连接到两个计数器的时钟输入端口，通过比较在一段时间内从两个计数器读取的值和从RAM读取的频率偏离值(频率补偿值)来产生1位PUF响应。通过在加法器之前添加数据选择器来选择此PUF中哪些RO参与比较。因此，PUF可以以激励/响应模式工作。激励是用户选择的待比较的RO；响应是来自比较器5的输出。可以从非易失性存储器9的信息列表中查找到激励，由此获得偏离值和偏离方向。偏离值被反馈到由偏离方向控制的两个加法器之一。PUF响应的一位与偏离方向进行异或，作为两个加法器的使能信号，以决定哪个加法器以偏离值进行反馈。异或门11的输出为0或1，实现一对RO的频率补偿。
所有偏离值不需要加密存储在非易失性存储器9中。偏离方向是不能泄漏的秘密信息。因此，为了保证安全，实际偏离方向不存储在非易失性存储器9中，由存储的偏离方向与激励Ci-1异或生成的1-bit PUF响应Ri-1作为频率补偿的实际偏离方向。在这种情况下，要求第一次激励C1在没有频率补偿的情况下生成1-bit稳定响应。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高稳定性物理不可克隆函数电路，包括第一n选2数据选择器(1)、第二n选2数据选择器(2)、第一计数器(3)、第二计数器(4)、比较器(5)和n个环形振荡器(6)；n个环形振荡器(6)的输入端与外围使能输入信号相连，n个环形振荡器(6)的输出端与第一n选2数据选择器(1)的输入端相连，n个环形振荡器(6)的输出端与第二n选2数据选择器(2)的输入端相连，第一n选2数据选择器(1)的输出端与第一计数器(3)的时钟输入端相连，第二n选2数据选择器(2)的输出端与第二计数器(4)的时钟输入端相连；
其特征在于，还包括第一加法器(7)、第二加法器(8)、存储器(9)和非门(10)，第一计数器(3)的输出端与第一加法器(7)的第一输入端相连，第二计数器(4)的输出端与第二加法器(8)的第一输入端相连，存储器(9)的第一输出端通过非门(10)与第一加法器(7)的使能端相连，存储器(9)的第一输出端与第二加法器(8)的使能端相连，第一加法器(7)和第二加法器(8)的输出端均与比较器(5)相连，比较器(5)的输出端为所述物理不可克隆函数电路的输出端；第一加法器(7)的第二输入端与第二加法器(8)的第二输入端均与存储器(9)的第二输出端相连，第一n选2数据选择器(1)的选择输入端和第二n选2数据选择器(2)的选择输入端均与存储器(9)的第三输出端相连；
其中，存储器(9)用于存储一一对应的激励信号序列、偏离值序列和偏离方向序列；同时，存储器(9)用于将激励信号序列输送至第一n选2数据选择器(1)的选择输入端和第二n选2数据选择器(2)的选择输入端，存储器(9)用于将偏离值序列和偏离方向序列输送至第一加法器(7)和第二加法器(8)；第一加法器(7)和第二加法器(8)使环形振荡器(6)的频率-温度关系曲线相互分离。
2.如权利要求1所述的高稳定性物理不可克隆函数电路，其特征在于，还包括异或门(11)和缓存器(12)，比较器(5)的输出端与缓存器(12)的输入端相连，缓存器(12)的输出端与异或门(11)的第一输入端相连，存储器(9)的第一输出端与异或门(11)的第二输入端相连，异或门(11)的输出端通过非门(10)与第一加法器(7)的使能端相连，异或门(11)的输出端与第二加法器(8)的使能端相连。
3.如权利要求1或2所述的高稳定性物理不可克隆函数电路，其特征在于，激励信号序列中的各激励信号均为任选两个环形振荡器(6)ROA和ROB进行比较的信号，在工作温度范围内，ROA在最低温度下的频率大于ROB在最低温度下的频率；各激励信号对应的偏离值为(FBH-FAH)+FTH，各激励信号对应的偏离方向为ROA向上偏离或ROB向下偏离；其中FAH是最高工作温度下ROA的频率，FBH是最高工作温度下ROB的频率，FTH是ROA和ROB之间的频率阈值。
4.如权利要求1或2所述的高稳定性物理不可克隆函数电路，其特征在于，所述存储器(9)为非易失性存储器。
5.一种利用权利要求1至4任一项所述的高稳定性物理不可克隆函数电路产生响应的响应产生方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，利用存储器(9)中的激励信号序列控制第一n选2数据选择器(1)输出一个环形振荡器(6)的振荡信号，第一n选2数据选择器(1)输出的振荡信号经过第一计数器(3)后输出振荡频率fx；利用存储器(9)中的激励信号序列控制第二n选2数据选择器(2)输出另一个环形振荡器(6)的振荡信号，第二n选2数据选择器(2)输出的振荡信号经过第二计数器(4)后输出振荡频率fy；
步骤二，将fx输送到第一加法器(7)、将fy输送到第二加法器(8)；
步骤三，将存储器(9)中的偏离值序列送至第一加法器(7)和第二加法器(8)；
步骤四，利用存储器(9)中的偏离方向序列选择控制第一加法器(7)或第二加法器(8)工作，第一加法器(7)输出频率Fx、第二加法器(8)输出频率Fy；
步骤五，比较器(5)对Fx和Fy进行比较，并输出比较结果；若Fx＞Fy，输出响应结果为1；若Fx＜Fy，输出响应结果为0。
6.如权利要求5所述的高稳定性物理不可克隆函数响应产生方法，其特征在于，在步骤四中，比较器(5)的输出值通过缓存器(12)输入至异或门(11)，存储器(9)中的当前偏离方向信号与异或门(11)接收的比较器(5)前次输出值在异或门(11)中经过异或运算后，由异或门(11)的输出值选择控制第一加法器(7)或第二加法器(8)工作。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108709663A (zh) * 2018-05-18 2018-10-26 河海大学常州校区 一种基于全数字物理不可克隆技术的温度传感器
CN108768619A (zh) * 2018-06-08 2018-11-06 中国电子科技集团公司第五十八研究所 一种基于环形振荡器的强puf电路及其工作方法
CN110232293A (zh) * 2019-05-22 2019-09-13 东南大学 基于最大延时子链与最小延时子链级联的apuf电路
CN111651796A (zh) * 2020-07-09 2020-09-11 中国人民解放军国防科技大学 基于物理不可克隆函数的两级自校准测量方法及自校准减法器
CN111666595A (zh) * 2020-07-09 2020-09-15 中国人民解放军国防科技大学 基于延时可配置振荡器的物理不可克隆函数结构
CN111800272A (zh) * 2020-06-29 2020-10-20 湖北工业大学 一种针对ro puf输出响应的可靠性自检电路及方法
CN111966329A (zh) * 2020-08-18 2020-11-20 合肥工业大学 一种基于物理不可克隆函数puf的真随机数发生器
CN113507362A (zh) * 2021-07-08 2021-10-15 电子科技大学 基于四元组比较策略的ro puf密钥生成方法
CN113899464A (zh) * 2021-08-27 2022-01-07 北京工业大学 一种利用ropuf芯片自身特性测温的方法
CN117010032A (zh) * 2023-10-07 2023-11-07 中国人民解放军国防科技大学 自动读和清零的sram物理不可克隆函数电路及设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013026032A1 (en) * 2011-08-17 2013-02-21 Broadcom Corporation Adaptive clocking scheme to accommodate supply voltage transients
CN103236922A (zh) * 2013-04-23 2013-08-07 曹元� 具有物理不可克隆功能的电路、电子装置及实现方法
EP2954615A1 (en) * 2013-02-11 2015-12-16 Qualcomm Incorporated Integrated circuit identification and dependability verification using ring oscillator based physical unclonable function and age detection circuitry
CN105740731A (zh) * 2016-02-02 2016-07-06 中国科学院计算技术研究所 一种高稳定性的强物理不可克隆函数电路及其设计方法
CN105850075A (zh) * 2013-10-03 2016-08-10 高通股份有限公司 用于装置识别的物理不可克隆功能模式匹配
CN106533654A (zh) * 2016-10-12 2017-03-22 南京航空航天大学 可配置物理不可克隆函数电路及其响应产生方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013026032A1 (en) * 2011-08-17 2013-02-21 Broadcom Corporation Adaptive clocking scheme to accommodate supply voltage transients
EP2954615A1 (en) * 2013-02-11 2015-12-16 Qualcomm Incorporated Integrated circuit identification and dependability verification using ring oscillator based physical unclonable function and age detection circuitry
CN103236922A (zh) * 2013-04-23 2013-08-07 曹元� 具有物理不可克隆功能的电路、电子装置及实现方法
CN105850075A (zh) * 2013-10-03 2016-08-10 高通股份有限公司 用于装置识别的物理不可克隆功能模式匹配
CN105740731A (zh) * 2016-02-02 2016-07-06 中国科学院计算技术研究所 一种高稳定性的强物理不可克隆函数电路及其设计方法
CN106533654A (zh) * 2016-10-12 2017-03-22 南京航空航天大学 可配置物理不可克隆函数电路及其响应产生方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
湛霍等: "面向物理不可克隆函数的可靠性与随机性增强技术", 《计算机应用》 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108709663A (zh) * 2018-05-18 2018-10-26 河海大学常州校区 一种基于全数字物理不可克隆技术的温度传感器
CN108768619A (zh) * 2018-06-08 2018-11-06 中国电子科技集团公司第五十八研究所 一种基于环形振荡器的强puf电路及其工作方法
CN108768619B (zh) * 2018-06-08 2021-07-06 中国电子科技集团公司第五十八研究所 一种基于环形振荡器的强puf电路的工作方法
CN110232293A (zh) * 2019-05-22 2019-09-13 东南大学 基于最大延时子链与最小延时子链级联的apuf电路
CN111800272A (zh) * 2020-06-29 2020-10-20 湖北工业大学 一种针对ro puf输出响应的可靠性自检电路及方法
CN111800272B (zh) * 2020-06-29 2021-04-16 湖北工业大学 一种针对ro puf输出响应的可靠性自检电路及方法
CN111651796B (zh) * 2020-07-09 2023-08-22 中国人民解放军国防科技大学 基于物理不可克隆函数的两级自校准测量方法及自校准减法器
CN111651796A (zh) * 2020-07-09 2020-09-11 中国人民解放军国防科技大学 基于物理不可克隆函数的两级自校准测量方法及自校准减法器
CN111666595A (zh) * 2020-07-09 2020-09-15 中国人民解放军国防科技大学 基于延时可配置振荡器的物理不可克隆函数结构
CN111666595B (zh) * 2020-07-09 2023-08-22 中国人民解放军国防科技大学 基于延时可配置振荡器的物理不可克隆函数结构
CN111966329A (zh) * 2020-08-18 2020-11-20 合肥工业大学 一种基于物理不可克隆函数puf的真随机数发生器
CN113507362A (zh) * 2021-07-08 2021-10-15 电子科技大学 基于四元组比较策略的ro puf密钥生成方法
CN113899464A (zh) * 2021-08-27 2022-01-07 北京工业大学 一种利用ropuf芯片自身特性测温的方法
CN117010032A (zh) * 2023-10-07 2023-11-07 中国人民解放军国防科技大学 自动读和清零的sram物理不可克隆函数电路及设备
CN117010032B (zh) * 2023-10-07 2023-12-15 中国人民解放军国防科技大学 自动读和清零的sram物理不可克隆函数电路及设备

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