一种基于OTP存储阵列的PUF密钥生成系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于OTP存储阵列的PUF密钥生成系统和方法，由于反熔丝OTP存储单元中晶体管的栅极氧化物在工艺制造过程中会出现随机缺陷，因此，对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程后，会击穿存储单元中晶体管的栅极氧化物，使得不同存储单元具有不同的物理特性，将物理特性参数转换为电性参数后，不同存储单元表现出的电性参数也是不同的，且电性参数的分布是随机的，从而可以根据电性参数重构存储单元对应的密钥值，并根据OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥，不仅可以简单高效地提取到密钥，而且由于编程后OTP存储阵列的物理特性稳定性较好，因此，可以提高提取密钥的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于OTP存储阵列的PUF密钥生成系统和方法
本专利技术涉及芯片密钥
，更具体地说，涉及一种基于OTP存储阵列的PUF密钥生成系统和方法。
技术介绍
半导体行业的发展已经进入深亚微米时代，由于深亚微米制造过程中存在未知的变量，使得集成电路中每个晶体管都拥有轻微不同的物理属性，而物理属性是无法被复制或者克隆的，因此，采用物理不可克隆函数(PhysicalUnclonableFunction，PUF)提取与芯片物理属性相关的阈值电压、导通电流等参数作为加解密所需的密钥，已经被越来越多的应用到半导体芯片的安全防御中。但是，现有技术中并没有一种能够简单、稳定的提取芯片密钥的方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于OTP存储阵列的PUF密钥生成系统和方法，以简单、稳定的提取密钥。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于OTP存储阵列的PUF密钥生成系统，包括编程单元和密钥重构单元；所述编程单元用于对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程，以使不同的存储单元具有不同的物理特性；所述密钥重构单元用于将所述存储单元的物理特性参数转换为电性参数，所述电性参数包括频率参数、电流参数和电压参数，并根据所述电性参数重构所述存储单元对应的密钥值，根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。可选地，所述密钥重构单元根据所述电性参数重构所述存储单元对应的密钥值包括：将所述电性参数与参考参数进行比较，若比较结果为所述电性参数大于所述参考参数，所述重构单元将所述存储单元对应的密钥值重构为1；若比较结果为所述电性参数小于或等于所述参考参数，所述重构单元将所述存储单元对应的密钥值重构为0。可选地，所述密钥重构单元包括比较器、参考电路和重构电路；所述比较器与所述反熔丝OTP存储阵列相连，用于将所述存储单元的物理特性参数转换为电流参数或电压参数，并将所述电流参数与参考电路输入的参考电流参数进行比较，或将所述电压参数与参考电路输入的参考电压参数进行比较；所述重构电路用于根据所述比较器输出的比较结果重构密钥值，并根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。可选地，所述密钥重构单元包括RC振荡器和频率检测电路；所述RC振荡器与所述反熔丝OTP存储阵列相连，用于将所述存储单元的物理特性参数转换为频率参数；所述频率检测电路用于检测所述RC振荡器输出的时钟信号的频率参数，并根据所述频率参数重构所述存储单元对应的密钥值，根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。可选地，所述密钥重构单元包括RC充放电电路和电压检测电路；所述RC充放电电路与所述反熔丝OTP存储阵列相连，用于将所述存储单元的物理特性参数转换为电压参数；所述电压检测电路用于检测所述存储单元的电压参数，并根据所述电压参数重构所述存储单元对应的密钥值，根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。可选地，所述编程单元对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程包括：所述编程单元采用相同的编程电压对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程。可选地，所述编程单元对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程包括：采用较弱的编程条件对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程；其中，较弱的编程条件包括编程电压范围为3V～9V，驱动电流大于10uA，编程时间大于1us。可选地，所述存储单元包括选择管和存储管，所述存储管为叉指型存储管，所述叉指型存储管包括多个叉指单元；对所述存储单元进行编程时，同一叉指型存储管中任意个数的叉指单元被击穿，以使不同的叉指单元具有不同的物理特征。一种基于OTP存储阵列的PUF密钥生成方法，包括：对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程，以使不同的存储单元具有不同的物理特性；将所述存储单元的物理特性参数转换为电性参数，所述电性参数包括频率参数、电流参数和电压参数；根据所述电性参数重构所述存储单元对应的密钥值，根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。可选地，根据所述电性参数重构所述存储单元对应的密钥值包括：将所述电性参数与参考参数进行比较；若比较结果为所述电性参数大于所述参考参数，将所述存储单元对应的密钥值重构为1；若比较结果为所述电性参数小于或等于所述参考参数，将所述存储单元对应的密钥值重构为0。可选地，将所述存储单元的物理特性参数转换为电性参数，根据所述电性参数重构所述存储单元对应的密钥值包括：通过RC振荡器将所述存储单元的物理特性参数转换为频率参数，通过频率检测电路根据所述频率参数重构所述存储单元对应的密钥值；或者，通过RC充放电电路将所述存储单元的物理特性参数转换为电压参数，通过电压检测电路根据所述电压参数重构所述存储单元对应的密钥值；或者，通过比较器将所述存储单元的物理特性参数转换为电流参数或电压参数，并将所述电流参数与参考电路输入的参考电流参数进行比较，或将所述电压参数与参考电路输入的参考电压参数进行比较，通过重构电路根据比较结果重构所述存储单元对应的密钥值。可选地，对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程包括：采用相同的编程电压对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程。可选地，所述编程单元对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程包括：采用较弱的编程条件对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程；其中，较弱的编程条件包括编程电压范围为3V～9V，驱动电流大于10uA，编程时间大于1us。与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案具有以下优点：本专利技术所提供的基于OTP存储阵列的PUF密钥生成系统和方法，对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程，可以使得反熔丝OTP存储阵列中不同存储单元具有不同的物理特性，从而可以将不同的存储单元的物理特性参数转换为不同的电性参数，进而可以根据电性参数重构存储单元对应的密钥值，并根据OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。由于反熔丝OTP存储单元中晶体管的栅极氧化物在工艺制造过程中会出现随机缺陷，因此，对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程后，会击穿存储单元中晶体管的栅极氧化物，使得不同存储单元具有不同的物理特性如电阻电容特性，将物理特性参数转换为电性参数后，不同存储单元表现出的电性参数也是不同的，且电性参数的分布是随机的，从而不仅可以简单高效地提取到密钥，而且由于编程后OTP存储阵列的物理特性稳定性较好，因此，可以提高提取密钥的稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于OTP存储阵列的PUF密钥生成系统，其特征在于，包括编程单元和密钥重构单元；/n所述编程单元用于对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程，以使不同的存储单元具有不同的物理特性；/n所述密钥重构单元用于将所述存储单元的物理特性参数转换为电性参数，所述电性参数包括频率参数、电流参数和电压参数，并根据所述电性参数重构所述存储单元对应的密钥值，根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于OTP存储阵列的PUF密钥生成系统，其特征在于，包括编程单元和密钥重构单元；
所述编程单元用于对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程，以使不同的存储单元具有不同的物理特性；
所述密钥重构单元用于将所述存储单元的物理特性参数转换为电性参数，所述电性参数包括频率参数、电流参数和电压参数，并根据所述电性参数重构所述存储单元对应的密钥值，根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述密钥重构单元根据所述电性参数重构所述存储单元对应的密钥值包括：将所述电性参数与参考参数进行比较，若比较结果为所述电性参数大于所述参考参数，所述重构单元将所述存储单元对应的密钥值重构为1；若比较结果为所述电性参数小于或等于所述参考参数，所述重构单元将所述存储单元对应的密钥值重构为0。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述密钥重构单元包括比较器、参考电路和重构电路；
所述比较器与所述反熔丝OTP存储阵列相连，用于将所述存储单元的物理特性参数转换为电流参数或电压参数，并将所述电流参数与参考电路输入的参考电流参数进行比较，或将所述电压参数与参考电路输入的参考电压参数进行比较；
所述重构电路用于根据所述比较器输出的比较结果重构密钥值，并根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述密钥重构单元包括RC振荡器和频率检测电路；
所述RC振荡器与所述反熔丝OTP存储阵列相连，用于将所述存储单元的物理特性参数转换为频率参数；
所述频率检测电路用于检测所述RC振荡器输出的时钟信号的频率参数，并根据所述频率参数重构所述存储单元对应的密钥值，根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述密钥重构单元包括RC充放电电路和电压检测电路；
所述RC充放电电路与所述反熔丝OTP存储阵列相连，用于将所述存储单元的物理特性参数转换为电压参数；
所述电压检测电路用于检测所述存储单元的电压参数，并根据所述电压参数重构所述存储单元对应的密钥值，根据所述OTP存储阵列中部分或全部存储单元对应的密钥值得到密钥。


6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述编程单元对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程包括：所述编程单元采用相同的编程电压对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进行编程。


7.根据权利要求1或6所述的系统，其特征在于，所述编程单元对反熔丝OTP存储阵列中的部分或全部存储单元进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志刚，李弦，贾宬，张露涛，
申请(专利权)人：珠海创飞芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44