一种基于PUF的认证方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种基于PUF的认证方法及设备，在进行基于PUF的离线认证方法时，在生成私钥时基于PUF内在物理构造差异值及设备的片内操作系统代码相结合生成，在验证时，也基于PUF内在物理构造差异值及设备的片内操作系统代码相结合验证。这样，经过认证的私钥和设备内的片内操作系统代码及PUF内在物理构造差异值完成了绑定，任何试图通过修改片内操作系统代码来获取私钥的行为，都无法获得认证过的私钥，从而防止设备被伪造，从而提高了离线认证基于PUF的设备的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信息安全领域，特别涉及一种基于物理不可克隆功能单元(PUF)的认证方法及设备。
技术介绍
随着半导体技术的发展，出现了 PUF。PUF是一组微型的电路，通过提取半导体器件制造过程中不可避免产生的物理构造差异值，生成无限多个、特有的“密钥”，这些“密钥”不可预测，PUF上电的时候，密钥存在，掉电的时候，密钥消失，即使是芯片的制造商也无法仿制，从而这些“密钥”可以广泛地应用于安全和防伪。目前，有很多基于PUF的认证方法。其中，最常用的认证方法为基于PUF的在线认证方法，具体地说:首先，基于PUF的物理构造差异值生成对应每个PUF的唯一响应对(CRP)，将对应每个PUF的唯一 CRP，存储于在线数据库中；这个步骤为认证方法的注册阶段，在这个阶段内，在线数据库存储了所有PUF对应的唯一 CRP ；然后，当认证者要验证一个PUF时，则访问在线数据库，将PUF的唯一 CRP发送给在线数据库认证，在线数据库根据所发送的唯一 CRP是否匹配所存储的该PUF的唯一 CRP，确定验证是否成功。这种基于PUF的认证方法容易实现，但是对认证环境有严格的要求，认证的整个过程需要在线处理，限制了认证的应用实用范围。因此，提出了基于PUF的离线认证方法，该离线认证方法应用了公钥密码算法。将PUF及其他的半导体单元都集成在一个芯片上，该芯片安置于设备上，该芯片具有存储单元和处理器单元等，可以运行软件，实现各种功能。认证设备的具体过程为:第一个步骤，设备中的PUF生成唯一私钥，该唯一私钥是通过提取PUF制造过程中不可避免产生的物理构造差异值得到的，是其物理特有特性；第二个步骤，基于PUF的唯一私钥，设备内部计算得到相应的公钥；第三个步骤，设备将计算生成的公钥输出，公钥被权威第三方机构签名后，得到证书，保存在设备中；这时，就完成了认证方法的注册阶段，以下步骤为验证阶段；第四个步骤，要验证时，用户设备发送随机验证信息给设备；第五个步骤，设备中的PUF再次生成唯一私钥对验证信息进行签名，得到签名结果，将签名结果及存储的证书返回给用户设备；第六个步骤，用户设备验证该设备，即解析验证证书，获得设备的公钥，由用户设备采用公钥对签名结果进行解码，根据解码后的签名结果是否为随机信息，确认设备是否合法，如果认证成功，则确认该设备是合法的。上述基于PUF的设备认证方法采用了公钥密码算法，在实现上可以离线认证。但是，由于设备具有PUF和其他半导体单元，在运行软件时，软件可以拥有访问PUF和其他半导体单元的权限，所以一旦运行恶意软件时，恶意软件访问PUF和其他半导体单元，将基于PUF输出的唯一私钥轻易地读出，就会基于窃取的私钥对设备进行伪造，使伪造后的设备在验证阶段仍然验证成功。通常来说，设备中的PUF及其他的半导体单元是由制造商工厂生产，制造商与这些芯片有物理接触，一些制造商员工可以将恶意软件下载到设备中从而窃取基于PUF输出的唯一私钥；当设备被送到软件公司，进行软件开发测试时，伪造者也可以将恶意软件下载到设备中，在软件调试阶段窃取基于PUF输出的唯一私钥。综上，上述这种基于PUF的离线认证方法，由于在生成公钥及证书的过程中基于的PUF的唯一私钥很可能被窃取，用作其他伪造设备的认证，所以认证安全度不高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种基于PUF的认证方法，该方法能够提高离线认证基于PUF的设备的安全性。本专利技术实施例提供一种基于PUF的认证设备，该设备能够提高认证安全性。为达到上述目的，本专利技术实施的技术方案具体是这样实现的:一种基于PUF的认证方法，该方法包括:获取设备的片内操作系统代码，进行计算；将对片内操作系统代码计算得到的值作为PUF挑战信息，输入到PUF中，得到PUF的输出响应，将PUF输出响应经过变换作为设备的私钥；基于设备的私钥计算得到设备的公钥，输出；将接收的证书进行存储，所述证书为合法软件拥有者基于设备的公钥产生的。所述计算为哈希计算。所述哈希计算采用抗碰撞哈希函数计算。一种基于PUF的认证方法，该方法包括:设备接收用户设备发送的随机信息；设备获取片内操作系统代码，进行计算；将对片内操作系统代码计算得到的值输入PUF，将PUF的输出响应经过变换作为设备的私钥，采用设备的私钥对随机信息进行签名处理，得到签名结果；将得到的签名结果及存储的证书发送给用户设备，由用户设备验证证书及签名结果，确认设备是否合法。所述由用户设备验证证书及签名结果，确认设备是否合法为:解析验证证书，获得设备的公钥，由用户设备采用公钥对签名结果进行解码，根据解码后的签名结果是否为随机信息，确认设备是否合法。所述计算为哈希计算。所述哈希计算采用抗碰撞哈希函数计算。一种基于PUF的认证设备，包括:基本固件、存储器及输入输出单元，其中，基本固件，用于从存储器中获取片内操作系统代码，进行计算，将计算得到的值作为PUF挑战信息，输入到PUF中，将PUF的输出响应经过变换后作为设备的私钥，基于设备的私钥计算得到设备的公钥；存储器，用于存储片内操作系统代码，将接收的证书进行存储，所述证书为合法软件拥有者基于设备的公钥产生的；输入输出单元，用于将设备的公钥输出，接收证书。包括:基本固件包括哈希模块、PUF固件及运算模块，其中，哈希模块，用于将获取的片内操作系统代码，进行哈希计算；PUF固件，用于接收哈希计算后的片内操作系统代码作为PUF挑战信息，输出响应作为设备的私钥；运算模块，用于基于设备的私钥计算得到设备的公钥。基本固件从存储器中获取片内操作系统代码，进行计算，将计算得到的值作为PUF挑战信息，输入到PUF中，将PUF的输出响应经过变换作为设备的私钥，采用设备的私钥对随机信息进行签名处理，得到签名结果；输入输出单元，还用于接收随机信息；将得到的签名结果及证书发送。基本固件包括哈希模块、PUF固件及运输模块，其中，哈希模块，用于将获取的片内操作系统代码，进行哈希计算；PUF固件，用于接收哈希计算后的片内操作系统代码作为PUF挑战信息，输出响应作为设备的私钥；运算模块，用于采用设备的私钥对随机信息进行签名处理，得到签名结果。由上述方案可以看出，本专利技术实施例在进行基于PUF的离线认证方法时，在生成私钥时不仅仅基于PUF内在物理构造差异值，而是基于PUF内在物理构造差异值及设备的片内操作系统代码相结合生成，在验证时，也基于PUF内在物理构造差异值及设备的片内操作系统代码结合验证。这样，经过认证的私钥和设备内的片内操作系统代码及PUF内在物理构造差异值完成了绑定，任何试图通过修改片内操作系统代码来获取私钥的行为，都无法获得认证过的私钥，从而防止设备被伪造，提高了离线认证基于PUF的设备的安全性。【附图说明】图1为本专利技术实施例提供的基于PUF的注册方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的基于PUF的验证方法流程图；图3为本专利技术实施例提供的基于PUF的认证设备结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的用户设备结构示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术作进一步详细说明。从
技术介绍
可以看出，在进行基于PUF的离线认证设备的生命周期内，无人可以保证设备内的PUF的唯一私钥不被窃取，由于在PUF的制造过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PUF的认证方法，其特征在于，该方法包括：获取设备的片内操作系统代码，进行计算；将对片内操作系统代码计算得到的值作为PUF挑战信息，输入到PUF中，得到PUF的输出响应，将PUF输出响应经过变换作为设备的私钥；基于设备的私钥计算得到设备的公钥，输出；将接收的证书进行存储，所述证书为合法软件拥有者基于设备的公钥产生的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗斌，章庆隆，韩晔，高能，向继，王琼霄，
申请(专利权)人：中国科学院数据与通信保护研究教育中心，
类型：发明
国别省市：北京;11