一种利用半导体气敏传感器的高稳态PUF制造技术

本发明专利技术公开了一种利用半导体气敏传感器的高稳态PUF，包括外部激励源、8个半导体气敏传感器、阻值采集模块和数据处理模块，外部激励源用于给8个半导体气敏传感器创造气体环境，使8个半导体气敏传感器分别产生一个输出阻值，阻值采集模块用于采集8个半导体气敏传感器的输出阻值并传输给数据处理模块，数据处理模块将8个半导体气敏传感器中每三个作为一个传感器簇，并将C

【技术实现步骤摘要】
一种利用半导体气敏传感器的高稳态PUF


[0001]本专利技术涉及一种，尤其是涉及一种利用半导体气敏传感器的高稳态PUF。

技术介绍

[0002]近年来，气敏传感器技术的进步促成物联网覆盖范围的扩展，IoT设备已与多种类型的气敏传感器集成在一起并广泛应用在暖通市场、交通运输和国防安全等领域。气敏传感器作为物联网系统数据的入口之一，将数字世界和物理世界连接在一起。传感技术以传感器为核心，不仅是物联网的神经末梢，还是IoT系统获取数据信息的必要方式和手段。如何保证IoT设备中从数据发生器到数据接收器的真正终端安全已成为研究的热点。
[0003]目前提出的一些传感器水平的认证方法大多利用植入监控设备的可信任计算平台实现加密和认证。比如用于安全传感的TrustEYE.M4，它由一款图像传感器、一个专用的硬件安全模块和一个ARMCortex
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M4处理芯片组成。这样的解决方案成本昂贵，而且用于加密和器件认证的密钥的安全保护和通信很容易受到侵入式或半侵入式的攻击，安全性较低。
[0004]物理不可克隆函数(PUF)利用物理结构的随机固有属性提供一种安全且低成本的解决方案。作为一种新的硬件安全原语，PUF利用相同设计在制造过程中的不可控的工艺随机差异为设备生成具有唯一性的标识符。鉴此，设计一种成本较低，且安全性较高的利用半导体气敏传感器的高稳态PUF来用于安全认证，对于互联网终端安全具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种成本较低，且安全性较高的利用半导体气敏传感器的高稳态PUF。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用半导体气敏传感器的高稳态PUF，包括外部激励源、8个半导体气敏传感器、阻值采集模块和数据处理模块，8个所述的半导体气敏传感器分别与所述的阻值采集模块连接，所述的阻值采集模块与所述的数据处理模块连接，所述的外部激励源用于给8个所述的半导体气敏传感器创造气体环境，使8个所述的半导体气敏传感器分别产生一个输出阻值，所述的阻值采集模块用于采集8个所述的半导体气敏传感器的输出阻值并传输给所述的数据处理模块，所述的数据处理模块将8个所述的半导体气敏传感器中每三个作为一个传感器簇，得到个不同的传感器簇，当所述的数据处理模块采接收到所述的阻值采集模块输出的8个所述的半导体气敏传感器的输出阻值时，所述的数据处理模块将个传感器簇中每两个作为一个比较组，得到个不同的比较组，然后按照随机顺序从个不同的比较组选择一个比较组，将该比较组中一个传感器簇作为left簇，另一个传感器簇作为right簇，比较left簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和与right簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和，如果left簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和大于right簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和，则生成比较结果1，否则生成比较结果0，当完成C2
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个不同的比较组的比较后，生成了128
个比较结果，将128个比较结果按照生成先后顺序依次排列形成128位二进制数据，所述的数据处理模块将该128位二进制数据作为所述的高稳态PUF的128位输出响应输出。
[0007]每个所述的半导体气敏传感器分别包括基座、氧化铝陶瓷管、气敏材料层、两组Pt线、一根Ni
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Cr合金线和两个Au极，两个所述的Au极均为环形，两个所述的Au极左右间隔环绕附着在所述的氧化铝陶瓷管的外侧壁上，每组所述的Pt线分别包括两根Pt线，两组所述的Pt线与两个所述的Au极一一对应，对应的一组Pt线与一个Au极中，该组Pt线的两根Pt线与该Au极的上下两端对应连接，所述的气敏材料层通过将气敏材料涂覆在所述的氧化铝陶瓷管的外侧壁上形成，两组所述的Pt线均从所述的气敏材料层上穿出，所述的Ni
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Cr合金线作为加热电丝，沿所述的氧化铝陶瓷管的中心轴线穿过所述的氧化铝陶瓷管，两组Pt线中每根Pt线分别固定在所述的基座上将所述的氧化铝陶瓷管支撑住，所述的Ni
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Cr合金线的两端固定在所述的基座上。该半导体气敏传感器结构中，气敏材料和加热丝分离，避免了加热丝与气敏材料的接触，同时减少了气敏材料所在区域绝缘层漏电对于敏感测试信号造成的干扰，使半导体气敏传感器具有较高的灵敏度。
[0008]所述的气敏材料采用以下方法制备得到：将5mg的Pb(NO3)2·
2H2O、701mg的SnCl4·
5H2O和1200mg的聚乙烯吡咯烷酮(Poly Vinyl Pyrrolidone，PVP)溶解于5ml二甲基甲酰胺和5ml乙醇混合溶液中，在室温下搅拌直到混合均匀，得到混合试剂；将混合试剂装载进注射器中，并在与注射器喷嘴相距15cm处设置锡箔，将锡箔作为阴极与高压电源的负极连接，将注射器喷嘴作为阳极与高压电源的正极连接，设定高压电源的输出电压是16kV，开启高压电源，此时注射器喷头将混合试剂喷出形成纤维材料，将得到的纤维材料以1℃/min的加热速率加热到600℃，然后保温2个小时，得到纳米材料；将纳米材料和去离子水按重量比例1：100混合均匀形成糊状物，该糊状物即为气敏材料。该方法中相比当前常规使用的单一的SnO2材料，通过重金属元素的掺杂来改变气敏材料的性质，从而进一步改善所制备的半导体气敏传感器的灵敏度，挺高高稳态PUF的灵敏性。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的优点在于通过外部激励源、8个半导体气敏传感器、阻值采集模块和数据处理模块构建高稳态PUF，8个半导体气敏传感器分别与阻值采集模块连接，阻值采集模块与数据处理模块连接，外部激励源用于给8个半导体气敏传感器创造气体环境，使8个半导体气敏传感器分别产生一个输出阻值，阻值采集模块用于采集8个半导体气敏传感器的输出阻值并传输给数据处理模块，数据处理模块将8个半导体气敏传感器中每三个作为一个传感器簇，得到个不同的传感器簇，当数据处理模块采接收到阻值采集模块输出的8个半导体气敏传感器的输出阻值时，数据处理模块将个传感器簇中每两个作为一个比较组，得到个不同的比较组，然后按照随机顺序从个不同的比较组选择一个比较组，将该比较组中一个传感器簇作为left簇，另一个传感器簇作为right簇，比较left簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和与right簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和，如果left簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和大于right簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和，则生成比较结果1，否则生成比较结果0，当完成个不同的比较组的比较后，生成了128个比较结果，将128个比较结果按照生成先后顺序依次排列形成128位二进制数据，数据处理模块将该128位二进制数据作为高稳态PUF的128位输出响应输出，由此本专利技术利用相同设计的8个半导体气敏传感器在制造过程中随机的纹理特征
信息为设备生成具有唯一性的标识符，半导体气敏传感器成本较低，数据处理模块采用随机阻值分簇比较的方法，随机性强且具有较高安全性从而高稳态PUF在用于完成数据安全传输和信息交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用半导体气敏传感器的高稳态PUF，其特征在于包括外部激励源、8个半导体气敏传感器、阻值采集模块和数据处理模块，8个所述的半导体气敏传感器分别与所述的阻值采集模块连接，所述的阻值采集模块与所述的数据处理模块连接，所述的外部激励源用于给8个所述的半导体气敏传感器创造气体环境，使8个所述的半导体气敏传感器分别产生一个输出阻值，所述的阻值采集模块用于采集8个所述的半导体气敏传感器的输出阻值并传输给所述的数据处理模块，所述的数据处理模块将8个所述的半导体气敏传感器中每三个作为一个传感器簇，得到C
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个不同的传感器簇，当所述的数据处理模块采接收到所述的阻值采集模块输出的8个所述的半导体气敏传感器的输出阻值时，所述的数据处理模块将C
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个传感器簇中每两个作为一个比较组，得到C
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个不同的比较组，然后按照随机顺序从C
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个不同的比较组选择一个比较组，将该比较组中一个传感器簇作为left簇，另一个传感器簇作为right簇，比较left簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和与right簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和，如果left簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和大于right簇中三个半导体气敏传感器的输出阻值之和，则生成比较结果1，否则生成比较结果0，当完成C
256
个不同的比较组的比较后，生成了128个比较结果，将128个比较结果按照生成先后顺序依次排列形成128位二进制数据，所述的数据处理模块将该128位二进制数据作为所述的高稳态PUF的128位输出响应输出。2.根据权利要求1所述的利用半导体气敏传感器的高稳态PUF，其特征在于每个所述的半导体气敏传感器分别包括基...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪鹏君，李乐薇，张跃军，张会红，张晓伟，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：