一种物理不可克隆函数纠错方法技术

本发明专利技术公开了一种物理不可克隆函数纠错方法，包括如下步骤：m个n比特的响应组成了一个响应矩阵Rm×n，基于错误概率p将每个响应分为m部分，对具有相同的p的比特，拼在一行中，得到新的矩阵Pm×n；在注册阶段，利用Pm×n的每一行使用基于校正子的方案或码偏移架构的方案得到帮助数据矩阵HDm×n；在再生成阶段，m个激励生成另一个与Rm×n有些微不同的响应矩阵Xm×n，对Xm×n的每一行做基于校正子的方案或码偏移架构的方案的操作，得到矩阵Qm×n，再对矩阵Qm×n做矩阵的操作，得到Rm×n的估计值

An Error Correction Method for Physical Non-clonal Functions

The invention discloses an error correction method for physical non-clonal function, which includes the following steps: the response matrix Rm*n is composed of m n bits, and each response is divided into M parts based on the error probability p, and a new matrix Pm*n is obtained by combining the same p bits in a row; at the registration stage, the corrector-based scheme or code offset is used for each exercise of Pm*n. The scheme of the architecture is helpful to the data matrix HDm*n; in the reproduction stage, m excitations generate another response matrix Xm*n which is slightly different from Rm*n, and each line of Xm*n is operated by a corrector-based scheme or a code offset scheme. The matrix Qm*n is obtained, and then the matrix Qm*n is operated to obtain the estimated value of Rm*n.

【技术实现步骤摘要】
一种物理不可克隆函数纠错方法
本专利技术涉及硬件安全
，尤其是一种物理不可克隆函数纠错方法。
技术介绍
物联网(IoT)是一个连接数十亿设备的网络，虽然物联网将为工业和社会带来巨大的经济利益，但是它的使用中也存在许多安全问题，大多数物联网设备在资源受限和分布式环境中运行。因此，传统的基于密码的安全和集中式密钥管理系统无法在物联网网络中轻松部署。物理不可克隆功能(PUF)为物联网安全提供了合适的解决方案。PUF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。在目前的研究中，通常将PUF的响应中每个比特错误率都看作相同，但实际上，每个比特的错误率并不完全相同，因此需要针对这样的实际情况，改进现有的纠错方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种物理不可克隆函数纠错方法，相较传统的纠错方案具有更好的BER表现。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种物理不可克隆函数纠错方法，包括如下步骤：(1)m个n比特的响应组成了一个响应矩阵Rm×n，基于错误概率p将每个响应分为m部分，对具有相同的p的比特，拼在一行中，得到新的矩阵Pm×n；(2)在注册阶段，利用Pm×n的每一行使用基于校正子的方案或码偏移架构的方案得到帮助数据矩阵HDm×n；(3)在再生成阶段，m个激励生成另一个与Rm×n有些微不同的响应矩阵Xm×n，对Xm×n的每一行做基于校正子的方案或码偏移架构的方案的操作，得到矩阵Qm×n，再对矩阵Qm×n做矩阵的操作，得到Rm×n的估计值优选的，步骤(2)中，基于校正子的方案具体为：对于一个有n比特的响应Rn，我们用H表示使用的纠错码的校验矩阵，那么帮助数据就是Rn与H的转置的内积，也就是HD＝Rn·HT在再生成过程中，首先计算校正子Sn-k，而因此有也就是Sn-k＝En·HT这样就可以利用Sn-k使用译码算法得到Rn的估计值优选的，步骤(2)中，码偏移架构的方案具体为：对于一个有n比特的响应Rn，对于码偏移架构来说，在注册阶段，为了产生帮助数据HD，首先从给定的纠错码中随机选取一个码字c，将其与Rn做模二加法，在再生成阶段，将Xn和HD做模二加法，得到而这样就有再将Yn放入译码器中，就可以得到c的估计值这样就可以得到Rn的估计值优选的，步骤(3)中，矩阵的操作具体为：在做矩阵操作之前，若矩阵Q的大小为m×n，其中n＝m×t，矩阵Qm×n为做了矩阵操作之后的矩阵为为其中，p为PUF某比特的错误概率，c为一个随机选取的码字，Rn为一个n比特的响应，H为纠错码的校验矩阵，Sn-k为校正子，Rm×n为m个n比特的响应组成的响应矩阵，Pm×n为对Rm×n重排后的矩阵，HDm×n为帮助数据矩阵，Xm×n为另一个m个n比特的响应组成的响应矩阵，Em×n为噪声产生的“差错”矩阵，Zm×n为对Xm×n重排后的矩阵，Ym×n为Zm×n与帮助数据操作后的矩阵，为对随机选取的码字矩阵的纠错结果，Qm×n为对Zm×n纠错后的矩阵，为m个n比特的响应组成的响应的估计值矩阵。本专利技术的有益效果为：本专利技术针对PUF响应中每个比特错误率并不完全相同的情况，提出新的使用多对CRP的纠错方案，在使用BCH码、LDPC码和极化码时，均在一些错误率分布的情况下，相较传统的纠错方案具有更好的BER表现。附图说明图1为PUF现有纠错方案的结构示意图图2为在三个温度下重复的45900个512字节的PUF响应观察到的成对汉明距离的分布示意图。图3为本专利技术的纠错方案结构示意图。图4为本专利技术的纠错方案一个例子示意图。图5为将BCH码用于本专利技术提出的纠错方案中的性能示意图。图6为将LDPC码用于本专利技术提出的纠错方案中的性能示意图。图7为将极化码用于本专利技术提出的纠错方案中的性能示意图。具体实施方式如图3所示，一种物理不可克隆函数纠错方法，包括如下步骤：(1)m个n比特的响应组成了一个响应矩阵Rm×n，基于错误概率p将每个响应分为m部分，对具有相同的p的比特，拼在一行中，得到新的矩阵Pm×n；(2)在注册阶段，利用Pm×n的每一行使用基于校正子的方案或码偏移架构的方案得到帮助数据矩阵HDm×n；(3)在再生成阶段，m个激励生成另一个与Rm×n有些微不同的响应矩阵Xm×n，对Xm×n的每一行做基于校正子的方案或码偏移架构的方案的操作，得到矩阵Qm×n，再对矩阵Qm×n做矩阵的操作，得到Rm×n的估计值现有的纠错方案如图1所示。PUF现有的纠错方案主要是基于校正子的纠错方案与码偏移的纠错方案。这两种纠错方案的大体框架相同，只是在帮助数据的使用上存在区别。PUF纠错分为注册阶段和再生成阶段。注册阶段包括对于某激励得到相应的n位响应Rn，根据响应得到帮助数据HD，再将帮助数据HD存储下来。再生成阶段包括对于某激励再次生成的的响应Xn，将Xn与HD一起进行操作，得到纠错结果。对于基于校正子的纠错方案来说，我们用H表示使用的纠错码的校验矩阵，那么帮助数据就是Rn与H的转置的内积，也就是HD＝Rn·HT在再生成过程中，首先计算校正子Sn-k，而因此有也就是Sn-k＝En·HT这样就可以利用Sn-k使用译码算法得到Rn的估计值对于码偏移架构来说，在注册阶段，为了产生帮助数据HD，首先从给定的纠错码中随机选取一个码字c，将其与Rn做模二加法，在再生成阶段，将Xn和HD做模二加法，得到而这样就有再将Yn放入译码器中，就可以得到c的估计值这样就可以得到Rn的估计值如图2所示，对于相同的温度，相同的激励，得到的45900个响应互相之间的汉明距离分布大致呈高斯分布，并不是仅仅有一个汉明距离，因此响应每比特的错误概率并不完全相同。图3是本专利技术提出的使用多组CRP进行纠错方案的结构图。首先，m个n比特的响应组成了一个响应矩阵Rm×n，因为每个比特的错误概率并不完全相同，基于错误概率p将每个响应分为m部分，对具有相同的p的比特，拼在一行中，就得到了新的矩阵Pm×n。在注册阶段，利用Pm×n的每一行使用基于校正子的方案或码偏移架构的方案得到帮助数据矩阵HDm×n。在再生成阶段，这m个激励就会生成另一个与Rm×n有些微不同的响应矩阵Xm×n，再对Xm×n的每一行做基于校正子的方案或码偏移架构的方案的操作，就可以得到矩阵Qm×n，最后再对矩阵Qm×n做一些矩阵的操作，就可以得到Rm×n的估计值下面我们以n＝128，m＝8为例，讲解这个新的纠错方案。如图4所示，R8×128的每一行被分为了8部分，每部分都具有相同的错误概率p。因此，P8×128的第一行由R8×128第一行的前16个比特，第二行的前16个比特，直到第八行的前16个比特组成。以此类推，可以得到P8×128的另外7行。对于P8×128的每一行，可以使用码偏移架构或基于校正子进行纠错的架构生成帮助数据矩阵，我们以码偏移架构为例继续说明。那么就会随机选取8个码字组成C8×128，那么在再生成阶段，再次得到的响应矩阵X8×128与R8×128一样使用相同的操作得到Z8×128，对Z8×128和HD8×128进行模二加法，得到对Y8×128的每一行进行译码操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物理不可克隆函数纠错方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)m个n比特的响应组成了一个响应矩阵Rm×n，基于错误概率p将每个响应分为m部分，对具有相同的p的比特，拼在一行中，得到新的矩阵Pm×n；(2)在注册阶段，利用Pm×n的每一行使用基于校正子的方案或码偏移架构的方案得到帮助数据矩阵HDm×n；(3)在再生成阶段，m个激励生成另一个与Rm×n有些微不同的响应矩阵Xm×n，对Xm×n的每一行做基于校正子的方案或码偏移架构的方案的操作，得到矩阵Qm×n，再对矩阵Qm×n做矩阵的操作，得到Rm×n的估计值

【技术特征摘要】
1.一种物理不可克隆函数纠错方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)m个n比特的响应组成了一个响应矩阵Rm×n，基于错误概率p将每个响应分为m部分，对具有相同的p的比特，拼在一行中，得到新的矩阵Pm×n；(2)在注册阶段，利用Pm×n的每一行使用基于校正子的方案或码偏移架构的方案得到帮助数据矩阵HDm×n；(3)在再生成阶段，m个激励生成另一个与Rm×n有些微不同的响应矩阵Xm×n，对Xm×n的每一行做基于校正子的方案或码偏移架构的方案的操作，得到矩阵Qm×n，再对矩阵Qm×n做矩阵的操作，得到Rm×n的估计值2.如权利要求1所述的物理不可克隆函数纠错方法，其特征在于，步骤(2)中，基于校正子的方案具体为：对于一个有n比特的响应Rn，用H表示使用的纠错码的校验矩阵，帮助数据就是Rn与H的转置的内积，也就是HD＝Rn·HT在再生成过程中，首先计算校正子Sn-k，Sn-k...

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