物理不可克隆函数PUF 装置制造方法及图纸

本申请实施例涉及PUF装置和输出随机序列的方法，该PUF装置包括：至少一个PUF单元和至少一个处理单元，该至少一个PUF单元中第一PUF单元包括两个MOS管，该两个MOS管的两个源极连接相同的输入电压；该两个MOS管的两个栅极浮空；该两个MOS管的两个漏极分别与该至少一个处理单元中的第一处理单元连接，该第一处理单元用于：在该输入电压大于或者等于预设电压时，根据该两个MOS管的两个漏极输出的两个结果之间的差异，输出与该第一PUF单元对应的第一随机值。本申请实施例的该PUF装置结构简单，实现功能过程中无物理破坏，不易从装置端被破解。

Physical non clonable function PUF device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】物理不可克隆函数PUF装置
本申请涉及信息安全领域，尤其涉及物理不可克隆函数PUF装置。
技术介绍
物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions，PUF)技术是利用半导体芯片的制造过程中不可控随机变异来获得独特的随机码的技术。此制造变异包括半导体的工艺变异。就算有精确的工艺步骤可以制造出半导体芯片，但是其中的工艺变异如薄膜厚度分布，微观缺陷分布，离子注入分布等随机因素几乎不可能被复制。因此，具有PUF技术的半导体芯片通常被运用于高安全防护的应用。目前的PUF实现方式主要包括：非电子PUF，如光学PUF；模拟电路PUF，如涂层电容PUF；数字电路PUF，如基于静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，SRAM)的PUF等。其中非电子PUF与模拟电路PUF的实现方式较为复杂，与大规模数字电路集成较为不便，因此数字电路PUF的结构是目前集成电路领域较为热门的安全应用研究方向。目前的基于数字电路的PUF实现方式主要集中在基于SRAM的PUF实现，以及基于传播延迟和基于一次可编程存储器(One Time Programmable，OTP)结构的PUF实现等，其中基于SRAM的PUF实现在应用过程中会产生一定的比特错误率，同时每一个SRAM单元电路较为复杂，无法做到很大容量，而基于OTP结构的PUF由于OTP本身的局限，容易从OTP的熔断状态中读取得到PUF的激励响应对(Challenge/Response Pairs，CRPs)，从而从器件本身破译PUF产生的安全密钥。
技术实现思路
本申请提供了一种PUF装置和输出随机序列的方法，该PUF装置结构简单，实现功能过程中无物理破坏，不易从该装置端被破解。第一方面，提供了一种PUF装置，该PUF装置包括：至少一个PUF单元和至少一个处理单元，所述至少一个PUF单元中第一PUF单元包括两个金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，MOS)管，所述两个MOS管包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一PUF单元为所述至少一个PUF单元中的任意一个，所述第一MOS管的第一源极与所述第二MOS管的第二源极连接相同的输入电压；所述第一MOS管的第一栅极与所述第二MOS管的第二栅极浮空；所述第一MOS管的第一漏极以及所述第二MOS管的第二漏极与所述至少一个处理单元中的第一处理单元连接，所述第一处理单元用于：在所述输入电压的绝对值大于或者等于预设电压时，根据所述第一漏极输出的第一结果与所述第二漏极输出的第二结果之间的差异，输出与所述第一PUF单元对应的第一随机值。因此，本申请实施例的PUF装置，包括至少一个PUF单元，每个PUF单元只需要两个MOS管，因此装置结构简洁，实现方式较为简单，为大容量PUF的实现提供可能，并且在制造过程中，可基于标准MOS工艺制造，无需新增额外制造工艺；在使用时，将该两个MOS管的栅极浮空，并将两个MOS管的源极连接相同的输入电压，剩余两个漏极加相同低电位，依靠电容耦合效应使得两个MOS管呈现不同的开启特性，从而实现PUF的功能，上述过程中，由于激励响应对产生过程中不会对装置产生物理性破坏，因此较难从装置本身读取激励响应对(CRPs)从而破译其产生的密钥。结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，所述两个MOS管为仅存在加工差异的结构相同的MOS管。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述两个MOS管共用同一个源极。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述至少一个处理单元用于：输出与所述至少一个PUF单元对应的随机序列，所述随机序列包括与所述至少一个PUF单元一一对应的至少一个随机值。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述PUF装置还包括至少一个选通单元，所述至少一个选通单元中与所述第一PUF单元对应的第一选通单元用于控制所述第一PUF单元的状态。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述PUF装置还包括：至少一个控制单元，所述至少一个控制单元中的第一控制单元用于控制对应的所述第一选通单元的连通与断开，其中，所述第一选通单元连通时，所述第一PUF单元处于选通状态，所述第一选通单元断开时，所述第一PUF单元处于断开状态。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述第一选通单元为第三MOS管。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述至少一个PUF单元为n*m的PUF单元阵列，所述至少一个选通单元为n*m的第三MOS管阵列，每个第三MOS管的第三端与对应的PUF单元包括的两个MOS管的两个源极电连接，每列的n个第三MOS管的第一端电连接，每行的m个第三MOS管的第二端电连接，其中，第j列的第一端输入第一电压且第i行的第二端输入第二电压时，第i行第j列的第三MOS管连通，n和m为正整数，i＝1,2,……,n，j＝1,2,……,m。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述至少一个处理单元用于：控制所述n*m的第三MOS管阵列中的第三MOS管按照预设顺序依次连通，并输出所述随机序列，所述随机序列包括按照所述预设顺序排列的与n*m个PUF单元一一对应的n*m个随机值。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述第一端为所述第三MOS管的栅极，所述第二端为所述第三MOS管的源极或漏极；或，所述第一端为所述第三MOS管的源极或漏极，所述第二端为所述第三MOS管的栅极。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述第一处理单元包括比较器，所述比较器用于：比较所述第一结果和所述第二结果之间的差异，并输出所述第一随机值。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述至少一个PUF单元为n*m的PUF单元阵列，n和m为正整数，同一行或同一列的PUF单元连接同一比较器。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述比较器用于：若所述第一结果大于所述第二结果，输出所述第一随机值为第一数值；若所述第一结果小于所述第二结果，出书所述第一随机值为第二数值。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述处理单元还包括积分器，所述积分器用于：对所述第一结果和所述第二结果进行积分放大处理；所述比较器用于：比较积分放大处理后的第一结果和第二结果之间的差异，并输出所述第一随机值。结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述至少一个PUF单元为n*m的PUF单元阵列，n和m为正整数，所述PUF单元阵列中每个PUF单元包括所述第一MOS管和所述第二MOS；同一列PUF单元中的n个第一MOS管的漏极连接第一积分器，同一列PUF单元中的n个第二MOS管的漏极连接第二积分器，所述第一积分器与所述第二积分器连接同一比较器；或，同一行PUF单元中的m个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物理不可克隆函数PUF装置，其特征在于，包括：/n至少一个处理单元；和/n至少一个PUF单元，所述至少一个PUF单元中的第一PUF单元包括：/n第一MOS管，包括第一源极、第一栅极和第一漏极；和/n第二MOS管，包括第二源极、第二栅极和第二漏极，/n所述第一源极与所述第二源极连接相同的输入电压，/n所述第一栅极与所述第二栅极浮空，/n所述第一漏极以及所述第二漏极与所述至少一个处理单元中的第一处理单元连接，其中，所述第一处理单元用于：/n在所述输入电压的绝对值大于或者等于预设电压时，根据所述第一漏极输出的第一结果与所述第二漏极输出的第二结果之间的差异，输出与所述第一PUF单元对应的第一随机值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种物理不可克隆函数PUF装置，其特征在于，包括：
至少一个处理单元；和
至少一个PUF单元，所述至少一个PUF单元中的第一PUF单元包括：
第一MOS管，包括第一源极、第一栅极和第一漏极；和
第二MOS管，包括第二源极、第二栅极和第二漏极，
所述第一源极与所述第二源极连接相同的输入电压，
所述第一栅极与所述第二栅极浮空，
所述第一漏极以及所述第二漏极与所述至少一个处理单元中的第一处理单元连接，其中，所述第一处理单元用于：
在所述输入电压的绝对值大于或者等于预设电压时，根据所述第一漏极输出的第一结果与所述第二漏极输出的第二结果之间的差异，输出与所述第一PUF单元对应的第一随机值。


根据权利要求1所述的PUF装置，其特征在于，所述第一MOS管和第二MOS管为仅存在加工差异的结构相同的MOS管。


根据权利要求1或2所述的PUF装置，其特征在于，所述第一MOS管和第二MOS管共用同一个源极。


根据权利要求1至3中任一项所述的PUF装置，其特征在于，所述至少一个处理单元用于：
输出与所述至少一个PUF单元对应的随机序列，所述随机序列包括与所述至少一个PUF单元一一对应的至少一个随机值。


根据权利要求1至4中任一项所述的PUF装置，其特征在于，所述PUF装置还包括至少一个选通单元，
所述至少一个选通单元中与所述第一PUF单元对应的第一选通单元用于控制所述第一PUF单元的状态。


根据权利要求5所述的PUF装置，其特征在于，所述PUF装置还包括：至少一个控制单元，
所述至少一个控制单元中的第一控制单元用于控制对应的所述第一选通单元的连通与断开，其中，所述第一选通单元连通时，所述第一PUF单元处于选通状态，所述第一选通单元断开时，所述第一PUF单元处于断开状态。


根据权利要求5或6所述的PUF装置，其特征在于，所述第一选通单元为第三MOS管。


根据权利要求7所述的PUF装置，其特征在于，所述至少一个PUF单元为n*m的PUF单元阵列，所述至少一个选通单元为n*m的第三MOS管阵列，
每列的n个第三MOS管的第一端电连接，每行的m个第三MOS管的第二端电连接，每个第三MOS管的第三端与对应的PUF单元包括的两个MOS管的两个源极电连接，其中，第j列的第一端输入第一电压且第i行的第二端输入第二电压时，第i行第j列的第三MOS管连通，n和m为正整数，i＝1,2,……,n，j＝1,2,……,m。


根据权利要求8所述的PUF装置，其特征在于，所述第一端为所述第三MOS管的栅极，所述第二端为所述第三MOS管的源极或漏极；或
所述第一端为所述第三MOS管的源极或漏极，所述第二端为所述第三MOS管的栅极。


根据权利要求1至9中任一项所述的PUF装置，其特征在于，所述第一处理单元包括比较器，
所述比较器用于：比较所述第一结果和所述第二结果之间的差异，并输出所述第一随机值。


根据权利要求10所述的PUF装置，其特征在于，所述至少一个PUF单元为n*m的PUF单元阵列，n和m为正整数，同一行或同一列的PUF单元连接同一比较器。


根据权利要求10或11所述的PUF装置，其特征在于，所述比较器用于：
若所述第一结果大于所述第二结果，输出所述第一随机值为第一数值；
若所述第一结果小于所述第二结果，出书所述第一随机值为第二数值。


根据权利要求10至12中任一项所述的PUF装置，其特征在于，所述第一处理单元还包括积分器，
所述积分器用于：对所述第一结果和所述第二结果进行积分放大处理；
所述比较器用于：比较积分放大处理后的第一结果和第二结果之间的差异，并输出所述第一随机值。


根据权利要求13所述的PUF装置，其特征在于，所述至少一个PUF单元为n*m的PUF单元阵列，n和m为正整数，所述PUF单元阵列中每个PUF单元包括所述第一MOS管和所述第二MOS；
同一列PUF单元中的n个第一MOS管的漏极连接第一积分器，同一列PUF单元中的n个第二MOS管的漏极连接第二积分器，所述第一积分器与所述第二积分器连接同一比较器；或
同一行PUF单元中的m个第一MOS管的漏极连接第一积分器，同一行PUF单元中的m个第二MOS管的漏极连接第二积分器，所述第一积分器与所述第二积分器连接同一比较器。


一种输出随机序列的方法，其特征在于，所述方法应用于物理不可克隆函数PUF装置中，所述PUF装置包括至少一个PUF单元，所述至少一个PUF单元中第一PUF单元包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管包括第一源极、第一栅极和第一漏极；所述第二MOS管包括第二源极、第二栅极和第二漏极，所述方法包括：
向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文轩，沈健，李运宁，
申请(专利权)人：深圳市为通博科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44