LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法及装置，注册过程中，激励经过PUF后生成响应y，经过哈希函数生成注册密钥，同时利用响应y生成协助数据e＝y⊕c，并存储协助数据e；c为LDPC码码元；验证过程中，激励经过PUF后生成响应y’，从y’中减掉存储的协助数据e，再对y’⊕e进行LDPC码纠错，得到y纠错后的结果

Application and device of LDPC code in error correction of code offset based on PUF

The invention discloses a method and device of LDPC code application architecture based on the error correction code offset in PUF, the registration process, after PUF formation in response to y stimulation by hash function to generate registration key, while using y to generate e data to assist in response to the source c = y, and E C to assist the data storage; LDPC code symbol; the process of verification, the incentive after PUF generates the response y ', y' from the data storage shed e, then the LDPC code for y 'e y the source, after error correction results

【技术实现步骤摘要】
LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法及装置
本专利技术涉及一种纠错码技术,具体涉及一种LDPC码在PUF基于码偏移(Code-offset)架构纠错中的应用方法及装置，属于硬件安全

技术介绍
PUF(物理不可克隆技术)是一种利用产品生产过程中存在的内在的随机性，来生成密钥的数字电路。它可以多次重新生成密钥。但是，PUF的输出会因为环境因素(例如温度，供电电压等)的不同而改变。因此，在实际使用PUF时，必须利用纠错技术纠正在重新生成密钥时的错误。目前用于PUF纠错的技术中，最经常使用的是BCH码，BCH也是一种线性分组码，在环境噪声比较小时，BCH纠错性能较好，但是当环境噪声比较大，也就是PUF实际应用中外界环境变化较大时，BCH无法纠错性能较差，PUF无法用于生成密钥或一些认证场景。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法及装置，利用码偏移架构，将LDPC码利用到PUF技术上，实现在较差外界环境下对PUF的纠错。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法，包括注册过程和验证过程，其中注册过程包括：激励经过PUF后生成响应y，经过哈希函数生成注册密钥，同时利用响应y生成协助数据并存储协助数据e；其中c为一个LDPC码码元；验证过程包括：激励经过PUF后生成响应y’，从y’中减掉存储的协助数据e，再对进行LDPC码纠错，得到y纠错后的结果最后将通过哈希函数得到再生成密钥。作为优选，注册过程中生成协助数据的方法为：将一个随机的码字经过LDPC编码器，生成一个随机的码元c，c与PUF的响应y做按位异或运算得到协助数据e。作为优选，验证过程中进行纠错的方法为：将y’与协助数据e进行按位异或运算，将运算结果放入LDPC译码器，生成估计值再和协助数据e进行按位异或运算，得到对y的纠错结果作为优选，验证过程中选择最小和算法进行LDPC译码。LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用装置，包括：PUF单元，用于根据激励生成响应；协助数据生成单元，用于生成协助数据其中y为注册过程中PUF单元生成的响应，c为一个LDPC码码元；协助数据存储单元，用于存储协助数据e；密钥再生成单元，用于将验证过程中PUF单元生成的响应y’与存储的协助数据e按位异或，再对结果进行LDPC码纠错，得到y纠错后的结果以及，哈希散列单元，用于对PUF单元生成的响应或纠错后的响应结果进行散列运算，生成最终密钥。作为优选，所述协助数据生成单元包括：LDPC编码器，用于生成LDPC码码元c；以及，模2加法器，用于将c与PUF单元的响应y做按位异或运算。作为优选，所述密钥再生成单元包括：第一模2加法器，用于将y’与协助数据e进行按位异或运算；LDPC译码器，用于对第一模2加法器运算的结果进行LDPC译码；以及，第二模2加法器，用于将LDPC译码器的运算结果与协助数据e进行按位异或运算，输出纠错后的结果有益效果：本专利技术利用码偏移架构，将LDPC码利用到PUF上，可以有效改善PUF在复杂环境下的错误率。LDPC码是一种线性分组码，可以并行译码，符合PUF低功耗，较低复杂度的要求。实验证明在较差外界环境下，LDPC对于PUF的纠错能力比现有的BCH码等更强。附图说明图1为PUF纠错的过程示意图。图2为生成协助数据的过程示意图。图3为密钥再生成的过程示意图。图4为本专利技术与BCH码对于PUF纠错的性能比较结果图(码长：128、码率：1/8)。图5为本专利技术与BCH码对于PUF纠错的性能比较结果图(码长：128、码率：1/4)。图6为本专利技术与BCH码对于PUF纠错的性能比较结果图(码长：256、码率：1/8)。图7为本专利技术与BCH码对于PUF纠错的性能比较结果图(码长：256、码率：1/4)。具体实施方式如图1所示，本专利技术实施例公开的一种LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法，包括注册和验证两个过程。首先，激励(challenge)通过PUF生成相应的响应(response)，这成为注册(enrollment)过程。当将PUF用于验证时，需要输入challenge来检测生成的response是否与注册的结果相同，实现对设备的认证。但是因为PUF的输出还会被环境因素干扰，因此纠错的过程必不可少。在我们使用的结构中，在注册过程中，激励经过PUF后生成响应y，从使用的LDPC码中随机选取一个码元c，生成协助数据并存储协助数据e在III中，之后y就可以被删除了。在密钥再生成过程中，y变成了从y’中减掉在III中存储的e，之后就可以对进行纠错，这就可以看作是LDPC码元的错误，利用LDPC码的纠错技术，就可以实现对于PUF的纠错，生成了也就是y纠错后的结果。最后通过哈希散列，提高密钥的随机性。图2具体展示了在II生成协助数据过程中是如何使用LDPC编码器的。一个随机的码字经过LDPC编码器，生成一个随机的码元c，c与PUF的响应y做模二的加法就生成了协助数据e。图3具体展示了IV密钥再生成过程中是如何使用LDPC译码器的。当相同的激励通过PUF后，因为环境因素的影响，会产生与注册时的y有少量差异的y’＝y+e’，e’是由于环境因素造成的差异。将y’与存储在III中的e进行模二加法再将这个结果放入LDPC译码器，当差异e’在使用的LDPC码纠错范围内时，就可以成功纠错，生成估计值再和协助数据e进行模二加法，就生成了对y的纠错结果关于LDPC码，这是一种线性分组码，有很多的译码算法，在本专利技术中，为了较好的纠错性能，我们选择标准的最小和算法来进行译码。对于一个规则的(n,k)LDPC码，有n个变量节点和k个校验节点，并且校验矩阵H是一个(n-k)*n大小的矩阵。在译码过程中，译码信息会在校验节点和变量节点之间互相传递。表1变量说明那么，纠错算法就可以这样表述：对于所有满足Hij＝1的i和j,1)初始化:L(qij)＝L(ci)＝yi.//L表示运算中使用的是对数似然比(LLR)2)迭代译码：当1≤it≤itermax时，当1≤i≤M时，对于任意的j，当1≤j≤N时，对于任意的i，3)判断结果:如果L(Qi)＞0，那么结果输出为0，否则结果输出为1。本专利技术实施例公开的一种LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用装置，包括：PUF单元，用于根据激励生成响应；协助数据生成单元，用于生成协助数据其中y为注册过程中PUF单元生成的响应，c为一个LDPC码码元；协助数据存储单元，用于存储协助数据e；密钥再生成单元，用于将验证过程中PUF单元生成的响应y’与存储的协助数据e按位异或，再对结果进行LDPC码纠错，得到y纠错后的结果哈希散列单元，用于对PUF单元生成的响应或纠错后的响应结果进行散列运算，生成最终密钥。其中，协助数据生成单元包括：LDPC编码器，用于生成LDPC码码元c；模2加法器，用于将c与PUF单元的响应y做按位异或运算。密钥再生成单元包括：第一模2加法器，用于将y’与协助数据e进行按位异或运算；LDPC译码器，用于对第一模2加法器运算的结果进行LDPC译码；第二模2加法器，用于将LDPC译码器的运算结果与协本文档来自技高网...

【技术保护点】
LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法，其特征在于，包括注册过程和验证过程，其中注册过程包括：激励经过PUF后生成响应y，经过哈希函数生成注册密钥，同时利用响应y生成协助数据e＝y⊕c，并存储协助数据e；其中c为一个LDPC码码元；验证过程包括：激励经过PUF后生成响应y’，从y’中减掉存储的协助数据e，再对y’⊕e进行LDPC码纠错，得到y纠错后的结果

【技术特征摘要】
1.LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法，其特征在于，包括注册过程和验证过程，其中注册过程包括：激励经过PUF后生成响应y，经过哈希函数生成注册密钥，同时利用响应y生成协助数据e＝y⊕c，并存储协助数据e；其中c为一个LDPC码码元；验证过程包括：激励经过PUF后生成响应y’，从y’中减掉存储的协助数据e，再对y’⊕e进行LDPC码纠错，得到y纠错后的结果最后将通过哈希函数得到再生成密钥。2.根据权利要求1所述的LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法，其特征在于，注册过程中生成协助数据的方法为：将一个随机的码字经过LDPC编码器，生成一个随机的码元c，c与PUF的响应y做按位异或运算得到协助数据e。3.根据权利要求1所述的LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法，其特征在于，验证过程中进行纠错的方法为：将y’与协助数据e进行按位异或运算，将运算结果放入LDPC译码器，生成估计值再和协助数据e进行按位异或运算，得到对y的纠错结果4.根据权利要求1所述的LDPC码在PUF基于码偏移架构纠错中的应用方法，其特征在于，验证过程中选择最小和算法进行LDPC译码。5.LDPC码在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张川，孙凯，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32