包括物理不可克隆电路的随机数生成器制造技术

描述了一种装置。该装置包括多个物理不可克隆电路。该装置包括用于检测物理不可克隆电路中哪些电路不稳定的电路。该装置还包括用于将不稳定的物理不可克隆电路与随机数生成器电路耦合的电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括物理不可克隆电路的随机数生成器优先权要求本申请根据35U.S.C§365(c)要求2017年4月5日提交的题为“RANDOMNUMBERGENERATORTHATINCLUDESPHYSICALLYUNCLONABLE”的美国申请No.15/479,424的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术的领域总体涉及半导体技术，更具体地说，涉及包括物理不可克隆电路的随机数生成器。
技术介绍
生成随机信息的能力对于例如加密和其他安全应用而言是重要特征。这里，生成的信息越完美或真正随机，加密或其他安全任务就可以实现得越好。因此，工程师积极地开发能够生成高度随机信息的电路。附图说明通过结合以下附图的以下详细描述，可以更好地理解本专利技术，其中：图1示出了PUF电路的实施例；图2示出了检测电路劣化的电路的实施例；图3示出了PUF电路的另一实施例，该PUF电路包括用于确定PUF电路是否不稳定的电路；图4示出了变化检测电路；图5示出了随机数生成器核心电路；图6示出了随机数生成器电路；图7示出了计算系统。具体实施方式电路通常被设计为对制造公差(尽可能切实可行地)不敏感。然而，可以设计一类对制造公差故意敏感的电路(所谓的“物理不可克隆电路”或PUF)。例如，在半导体芯片上实现的电路可以被设计为具有可测量或可确定的对组成晶体管的阈值和/或增益高度敏感的特性。在对某些参数具有显著敏感性的情况下，并且在底层制造工艺关于这些相同的参数具有固有变化的情况下，即使在同一半导体芯片上制造，电路的相同设计的实例也会表现出不同的特性。图1示出了PUF电路100的示例，该PUF电路100如果实现在半导体芯片上，则将具有对其组成晶体管的阈值和增益敏感的特性。如图1所示，PUF电路100包括一对反相器101、102，两个反相器各自的输出耦合到另一反相器相应的输入。本领域技术人员将认识到，交叉耦合的反相器101、102实现了本身是固有稳定的锁存电路(在第一反相器的输入处的0在第二反相器的输入处提供1，第二反相器的输入处的1重新强制施加在第一反相器处的0)。这里，当晶体管Q1和Q2都截止时(这发生在控制节点103被设定为逻辑0时)，电路100根据此稳定模式操作。然而，当控制节点103转变到逻辑1时，电路100尝试开启晶体管Q1和Q2两者，这最初使电路处于不稳定状态。如果反相器101、102中的不同晶体管、晶体管Q1和Q2和/或它们之间的互连电阻之中存在足够的制造变化，则不稳定状态将很快返回到稳定状态。也就是说，虽然所设计的电路100是对称的或平衡的，但是由于制造公差，它实际上可能如实际制造的那样不是对称的或平衡的。如果电路100是充分不平衡的，则在晶体管Q1和Q2开启后不久，电路将自然地“锁定(snap)”到由不平衡引起的稳定状态。例如，如果晶体管Q1和Q2具有不同的响应时间，则当控制信号103解除预充电时，连接到较快预充电晶体管的锁存节点104/105比其他节点更早地开始放电，并且最终将具有较高的概率稳定到“零”。保持在节点105处的值最终被锁存到触发器106中，触发器106本质上存储节点105锁定到两种可能状态中的具体哪一种状态。然而，即使晶体管Q1和Q2是同样制造的，如果存在与反相器101、102本身关联的足够的制造差异，电路100也仍然会锁定到稳定状态。如本领域中已知的，晶体管增益变化和/或晶体管阈值电压变化会影响反相器将使接收反相器翻转其输出比特的时间。具体来说，较低的驱动反相器增益和较高的接收反相器阈值将使接收反相器在时间上更晚地翻转其输出比特。相比之下，较高的驱动反相器增益和较低的接收反相器阈值将使接收反相器在时间上更早地翻转其输出比特。为简单起见，只提到了晶体管增益和阈值。但是，如上文所述，其他与制造相关的特性均会影响反相器环路的定时(例如，互连电阻、接触电阻、晶体管尺寸的变化、随机掺杂波动等)。这里，即使当控制节点转变到逻辑1时，两个锁存节点104、105都被同时上拉到逻辑1(因为晶体管Q1和Q2相同)，锁存节点104、105中的一个锁存节点也将在锁存节点104、105中的另一个锁存节点之前开始被驱动到逻辑0(同样，这归因于反相器101、102内的晶体管的制造差异)。一旦锁存节点104、105中的一个锁存节点在锁存节点104、105中的另一个锁存节点之前开始被驱动到逻辑0，电路100就将快速锁定到稳定状态，该状态将首先被驱动到逻辑0的锁存节点保持到逻辑0并将另一个锁存节点保持到逻辑1。同样，节点105锁定到的任何一个值都被存储在触发器106中。图2示出了具有电路(例如，上面刚刚描述的PUF电路)的N个实例201_1至201_N的电路，该PUF电路根据制造变化的特定组合将其自己设定为1或0。在实施例中，电路201_1至201_N集成在同一半导体芯片上(而在其他实施例中，电路可以集成在同一印刷电路板上)。为方便起见，作为示例主要指代半导体管芯。在例如对于PUF电路201_1至201_N中的每个PUF电路使用上述图1的PUF电路100的实施例中，在所制造的半导体管芯的最终产品测试期间，控制节点103转变到1，使N个电路中的每个电路锁定到它们各自的稳定比特值，然后该值被存储在每个电路各自的触发器202_1至202_N中。触发器202_1至202_N中所保持的各稳定比特值中的每一个可以被组合，以形成例如用于半导体芯片的安全ID或密钥，该安全ID或密钥用于通过集成在半导体芯片上的安全电路205执行各种安全功能(例如，加密/解密)。通常防止ID/密钥离开芯片或与芯片一起实现的安全系统。安全电路205可以依赖于存储在非易失性存储器203中的ECC帮助数据，以例如校正密钥/ID中可能随时间演变的比特错误。ECC帮助数据也不被开放，或者不能泄漏关于由PUF电路201_1至201_N提供的密钥/ID的信息。如本领域中已知的，随着时间流逝和使用，电子电路将劣化，以至于其至少一个与制造相关的特性将变化。结果，N个PUF电路201_1至201_N可能在他们的行为上开始显示变化。因此，相应的N位签名可能随时间而变化。在与严重劣化问题对应的可靠性问题或制造缺陷的情况下，签名将改变某个显著量，这随后可以被标记为警告电子芯片或电路板有即将发生故障倾向的早期检测。因此，在发生更严重的致命硬故障之前，可以采取校正措施。上面关于图1和图2的讨论假设PUF电路201_1至201_N中的每个PUF电路将锁定到稳定值。然而，可能存在以下情况：所制造的PUF电路是对称或平衡的，使得当控制节点转变到逻辑1时，PUF电路不会锁定到稳定状态。例如，如果晶体管Q1和Q2是同样制造的，并且两个反相器是同样制造的，则上述使PUF电路锁定到稳定状态的机制可能不会出现。因此，PUF电路不会立即锁定到稳定状态，而是保持在不稳定状态达延长的时间段，和/或，PUF电路将基于当时的条件(例如，热噪声、电压降、与其他电路的耦合等)锁定一状态。因此，在多次评估时，PUF电路很有可能将得到不同的状态。鉴于认识到，触发器106被设计成在控制值被设定为逻辑1之后的一短时间处(例如，在控制节点103转变到逻辑1之后的一短时间处，控制节点103转变回逻辑0时)捕获节点105的值，触发器106将锁存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：多个物理不可克隆电路；用于检测所述物理不可克隆电路中哪些电路不稳定的电路；用于将不稳定的物理不可克隆电路耦合到随机数生成器电路的电路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.04.05 US 15/479,4241.一种装置，包括：多个物理不可克隆电路；用于检测所述物理不可克隆电路中哪些电路不稳定的电路；用于将不稳定的物理不可克隆电路耦合到随机数生成器电路的电路。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述随机数生成器电路包括一系列随机数生成器核。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述一系列随机数生成器核逐步操作在随机信息的更小的位宽上。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述随机数生成器包括所述随机数生成器核之间的寄存器，所述寄存器用于保持所述随机数生成器核之间的随机信息。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述随机数生成器电路包括使来自两个连续采样的不稳定的物理不可克隆电路的相同数据值无效的电路。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述随机数生成器电路包括多路复用器，所述多路复用器具有耦合到所述物理不可克隆电路中的不同电路的分开的输入通道，所述多路复用器包括通道选择输入，所述通道选择输入由来自暗比特掩码的信息驱动，所述暗比特掩码识别不稳定的物理不可克隆电路。7.根据权利要求1所述的装置，其中，用于检测所述物理不可克隆电路中哪些电路不稳定的电路针对所述多个物理不可克隆电路中的每一个电路包括签名变化检测电路。8.一种计算系统，包括：多个处理核；系统存储器；存储器控制器，耦合在所述系统存储器与所述多个处理核之间；多个物理不可克隆电路；用于检测所述物理不可克隆电路中哪些电路不稳定的电路；用于将不稳定的物理不可克隆电路耦合到随机数生成器电路的电路。9.根据权利要求7所述的计算系统，其中，所述随机数生成器电路包括一系列随机数生成器核。10.根据权利要求9所述的计算系统，其中，所述一系列随机数生成器核逐步操作在更小的位宽上。11.根据权利要求9所述的计算系统，其中，所述随机数生成器包括所述随机数生...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·B·苏雷州，S·K·马修，S·K·萨特帕西，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US