一种强物理不可克隆函数结构制造技术

本申请提供一种强物理不可克隆函数结构，涉及信息安全硬件加密技术领域。该强PUF结构包括：非线性转换单元、第一译码器、熵源单元、第一多路选择器；主要是先通过非线性转换单元对输入的质询信号进行一次非线性的转换，为CRPs空间注入额外的非线性度，大大提高了强PUF结构的非线性度，进而提升了强PUF结构抵抗机器学习攻击的能力；然后，再根据非线性转换后得到的控制信号对整体熵源单元进行一次随机的预选，以选中整体熵源单元的一部分子熵源单元进入后级电路模块，为最终输出的响应信号(R

【技术实现步骤摘要】
一种强物理不可克隆函数结构


[0001]本申请涉及信息安全硬件加密
，具体而言，涉及一种强物理不可克隆函数结构。

技术介绍

[0002]物理不可克隆函数((Physically Unclonable Functions，简称PUF)，又被称为“芯片DNA技术”，主要是利用芯片在制造过程中由于工艺偏差的不可控产生的差异特性来产生的随机唯一和不可预测的响应，使得PUF电路可防御多种传统攻击模式，被广泛使用于广泛应用于设备认证、密钥生成与存储、知识产权保护等安全领域，生成安全密钥。
[0003]目前，为了提高强PUF抵御机器学习攻击的能力，是通过把工作在亚阈区的电流阵列之间进行串并联，进而可以得到一个具有高非线性度的输出电压差，最终被比较器量化，得到一个高度非线性的质询
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响应对(Challenge Responses Pairs，简称CRPs)空间，极大提高了利用机器学习算法构造PUF数学模型的难度。
[0004]但是，这种技术由于电路中核心晶体管之间的相互关联性，导致PUF输出的CRPs空间依旧具有较低的随机性，因此，仍存在被机器学习算法攻击的风险。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种强物理不可克隆函数结构，以便提升强PUF结构抵御被机器学习攻击的能力。
[0006]为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
[0007]本申请实施例提供了一种强物理不可克隆函数结构，包括：非线性转换单元、第一译码器、熵源单元、第一多路选择器；
[0008]所述非线性转换单元的输入端用于接入质询信号，所述非线性转换单元用于对接入的质询信号进行转换，得到控制信号，并通过所述非线性转换单元的输出端输出所述控制信号；
[0009]所述第一译码器的输入端与所述非线性转换单元的输出端连接，所述第一译码器的输出端分别与所述熵源单元中的各子熵源单元的控制端连接，所述第一译码器用于对接入的所述控制信号进行译码，并根据译码结果从所述熵源单元中选取目标子熵源单元，并通过所述目标子熵源单元的控制端指示所述目标子熵源单元进入工作状态；
[0010]所述目标子熵源单元的输入端用于接入与所述目标子熵源单元对应的质询信号，所述目标子熵源单元用于在处于工作状态时，对所述目标子熵源对应的质询信号进行选择处理，得到中间响应信号，并通过所述目标子熵源单元的输出端输出所述中间响应信号；
[0011]所述第一多路选择器的控制端与所述非线性转换单元的输出端连接，所述第一多路选择器的输入端与各所述子熵源单元的输出端连接，所述第一多路选择器用于根据所述第一多路选择器的控制端接入的所述控制信号，接入所述目标子熵源的输出端输出的所述中间响应信号，将所述中间响应信号作为响应信号，并通过所述第一多路选择器的输出端
输出所述响应信号。
[0012]可选地，所述强物理不可克隆函数结构还包括：随机性增强单元，所述随机性增强单元包括：第一异或门、第二异或门；
[0013]所述第一异或门的输入端与所述非线性转换单元的输出端连接，用于接入所述控制信号，所述第一异或门的输出端与所述第二异或门的第一输入端连接，将异或处理后的控制信号输出至所述第二异或门；
[0014]所述第二异或门的第二输入端与所述第一多路选择器的输出端连接，以接入所述响应信号，所述异或处理后的控制信号以及所述响应信号经所述第二异或门的异或处理后，由所述第二异或门的输出端输出增强响应信号。
[0015]可选地，各所述子熵源单元分别包括：至少一个子熵源子单元、过滤单元；
[0016]各所述子熵源子单元用于接入与各所述子熵源子单元对应的质询信号，并对所述质询信号进行选取处理，得到选取信号；
[0017]各所述子熵源子单元输出端与所述过滤单元连接，所述过滤单元对所述选取信号进行过滤处理，得到中间响应信号。
[0018]可选地，各所述子熵源单元包括：锁存器单元；所述过滤单元包括：第一过滤单元、第二过滤单元；
[0019]所述锁存器单元的输入端与所述第一译码器的输出端连接；
[0020]所述锁存器单元的第一输出端与所述第一过滤单元连接，所述锁存器单元的第二输出端与所述第二过滤单元的输入端连接，所述第二过滤单元的输出端与所述第一多路选择器的输入端连接；
[0021]所述锁存器单元用于对接入的与所述子熵源单元对应的质询信号中选择出待处理信号，并由所述第一过滤单元和所述第二过滤单元对所述待处理信号进行过滤处理，并由所述第二过滤单元的输出端输出至所述第一多路选择器。
[0022]可选地，所述锁存器单元包括：四组反向器阵列，各组所述反向器阵列分别包含：多个反向器、第二译码器以及两个多路选择器；
[0023]所述第二译码器的输入端用于接入与各组所述反向器阵列对应的质询信号，所述第二译码器的输出端分别连接所述两个多路选择器，所述多个反向器中的各反向器两端分别连接所述两个多路选择器；
[0024]所述两个多路选择器还分别与所述第一过滤单元和所述第二过滤单元连接；
[0025]所述四组反向器阵列依次包括：第一组反向器阵列、第二组反向器阵列、第三组反向器阵列、第四组反向器阵列；
[0026]所述第一组反向器阵列中所包含的各反向器的方向与所述第二组反向器阵列中所包含的各反向器的方向相同，所述第三组反向器阵列中所包含的各反向器的方向与所述第四组反向器阵列中所包含的各反向器的方向相相同，所述第一组反向器阵列中所包含的各反向器的方向与所述第三组反向器阵列中所包含的各反向器的方向相反。
[0027]可选地，所述第一过滤单元包括：第一压控电流源、第一缓存器，所述第二过滤单元包括：第二压控电流源、第二缓存器；
[0028]所述第一压控电流源的一端与所述两个多路选择器中的一个多路选择器连接，所述第一压控电流源的另一端分别与所述第一缓存器、接地端连接；
[0029]所述第二压控电流源的一端与所述两个多路选择器中的另一个多路选择器连接，所述第二压控电流源的另一端分别与所述第二缓存器的一端、以及接地端连接，所述第二缓存器的另一端与所述第一多路选择器的输入端连接。
[0030]可选地，所述第一过滤单元还包括：第一校准开关、第一复位开关；
[0031]所述第一校准开关的一端与所述第一压控电流源连接，所述第一校准开关的另一端与所述第一缓存器的一端、以及所述第一复位开关的一端连接，所述第一复位开关的另一端接地；
[0032]所述第二过滤单元还包括：第二校准开关、第二复位开关；
[0033]所述第二校准开关的一端与所述第二压控电流源连接，所述第二校准开关的另一端与所述第二缓存器的一端、以及所述第二复位开关的一端连接，所述第二复位开关的另一端接地。
[0034]可选地，所述非线性转换单元包括多个异或门层，每个异或门层包括至少一个异或门，相邻两个异或门层中，后一异或门层中每个异或门的输入端分别连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强物理不可克隆函数结构，其特征在于，包括：非线性转换单元、第一译码器、熵源单元、第一多路选择器；所述非线性转换单元的输入端用于接入质询信号，所述非线性转换单元用于对接入的质询信号进行转换，得到控制信号，并通过所述非线性转换单元的输出端输出所述控制信号；所述第一译码器的输入端与所述非线性转换单元的输出端连接，所述第一译码器的输出端分别与所述熵源单元中的各子熵源单元的控制端连接，所述第一译码器用于对接入的所述控制信号进行译码，并根据译码结果从所述熵源单元中选取目标子熵源单元，并通过所述目标子熵源单元的控制端指示所述目标子熵源单元进入工作状态；所述目标子熵源单元的输入端用于接入与所述目标子熵源单元对应的质询信号，所述目标子熵源单元用于在处于工作状态时，对所述目标子熵源对应的质询信号进行选择处理，得到中间响应信号，并通过所述目标子熵源单元的输出端输出所述中间响应信号；所述第一多路选择器的控制端与所述非线性转换单元的输出端连接，所述第一多路选择器的输入端与各所述子熵源单元的输出端连接，所述第一多路选择器用于根据所述第一多路选择器的控制端接入的所述控制信号，接入所述目标子熵源的输出端输出的所述中间响应信号，将所述中间响应信号作为响应信号，并通过所述第一多路选择器的输出端输出所述响应信号。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：随机性增强单元，所述随机性增强单元包括：第一异或门、第二异或门；所述第一异或门的输入端与所述非线性转换单元的输出端连接，用于接入所述控制信号，所述第一异或门的输出端与所述第二异或门的第一输入端连接，将异或处理后的控制信号输出至所述第二异或门；所述第二异或门的第二输入端与所述第一多路选择器的输出端连接，以接入所述响应信号，所述异或处理后的控制信号以及所述响应信号经所述第二异或门的异或处理后，由所述第二异或门的输出端输出增强响应信号。3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，各所述子熵源单元分别包括：至少一个子熵源子单元、过滤单元；各所述子熵源子单元用于接入与各所述子熵源子单元对应的质询信号，并对所述质询信号进行选取处理，得到选取信号；各所述子熵源子单元输出端与所述过滤单元连接，所述过滤单元对所述选取信号进行过滤处理，得到中间响应信号。4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，各所述子熵源单元包括：锁存器单元；所述过滤单元包括：第一过滤单元、第二过滤单元；所述锁存器单元的输入端与所述第一译码器的输出端连接；所述锁存器单元的第一输出端与所述第一过滤单元连接，所述锁存器单元的第二输出端与所述第二过滤单元的输入端连接，所述第二过滤单元的输出端与所述第一多路选择器的输入端连接；所述锁存器单元用于对接入的与所述子熵源单元对应的质询信号中选择出待处理信号，并由所述第一过滤单元和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家豪，诸嫣，陈知行，马许愿，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：